摘要：设计了一种用于叉车货叉架生产的模块式专用焊接夹具，通过成组技术的应用，使得该副夹具可以焊接加工四个尺寸规格货叉架；通过气动技术达到快速定位和快速夹紧。该夹具在原有工装上进行开发设计，改进了原有陈旧设备，节约了制造成本，充分利用企业现有设备的潜在价值，可以应用于叉车其他焊接零部件生产，亦可推广应用于工程车辆制造行业。
关键词：叉车货叉架；成组技术；气动技术；快速焊接夹具
1前言
工艺设计是连接设计和生产的桥梁，传统二维环境下，即使是在CAPP系统中，工艺设计工作也是依托于二维工程图，开展工艺设计及工艺卡片编制及流程签审等工作，再以纸质工艺卡片形式下发至生产单位，加上生产现场配套的操作说明、安全规程等纸质文件，最终指导生产人员加工制造的工艺体系。CAPP系统的核心还未跳出二维平面工艺设计的束缚，缺乏形象化的、三维空间化进行工艺设计的功能。在整个产品设计制造的信息传递过程中，由于设计人员、工艺人员、生产人员不断进行着二维、三维的重构，造成了巨大的时间浪费和诸多的理解歧义；从设计到工艺再到生产的过程数据传递量大、周期长，极易出现由于设计、工艺及生产人员对于二维、三维信息理解不同而导致意图表达不清，甚至理解完全错误的危险。
统计资料表明，焊接结构件在叉车整机重量中占到40%左右。基于种种原因，许多叉车主机厂把焊接件作为自己的核心自制件。安徽好运机械有限公司有着多年的结构件焊接经验，以校企合作方式与合肥工业大学一起以叉车货叉架组焊件为研究对象，对其二维焊接工艺进行研究并改进，采用Pro/E软件设计可视性强的三维工艺及动画视频来表达工艺文件。
2叉车货叉架焊接工艺
叉车具有三大焊接结构，分别为门架、车架和桥体，而货叉架是门架的一个主要部件，用于安装货叉或者其他属具，带动属具沿内门架升降，并承受全部货重，货叉架受力较复杂，其结构也较为复杂，共由16个零件焊接组成，如图1所示。
图1 叉车货叉架部件及其零件三维图
2.1货叉架结构特点
（1）定位复杂。组成的零件较多，16个零件全部需六点定位，对定位元件的布置要求有严格的尺寸，同时空间上不能干涉。
（2）夹紧元件布置要求高。由于零件处于不同的空间位置，每个零件均需可靠夹紧，因此，夹紧元件在空间位置上也有相应的要求。
货叉架cf-1部件如图2所示，同一系列的部件共有四套，其余分别为cf-2、cf-3、cf-4，其外形大致相同，尺寸各有不同，A-J是货叉架的10个结构尺寸，具体如表1所示。
表1 货叉架四种规格具体尺寸
2.2货叉架焊接夹具工作要求
根据使用要求，改进后的焊接夹具要求满足以下工作要求：
（1）能加工同一系列cf-1、cf-2、cf-3、cf-4的四套部件。
（2）快速定位和夹紧，提高效率，比现有夹具夹紧时间缩短至原有的70%。
（3）每套部件的16个零件需一次性定位和夹紧，焊接后能顺利吊出。
3原有夹具主要存在的问题及改进
原有货叉架焊接夹具
（1）运用成组技术，设计一套四个模块式定位元件，使得一副夹具能加工四套货叉架部件，。原有一副夹具只能加工一个货叉架，为解决同系列不同尺寸货叉架部件在一副夹具上焊接的问题，解决方案如下：利用模块化设计，设计出四个定位元件，分别对应四套部件，在需要焊接不同规格货叉架时，通过更换对应定位元件的方法来实现一副夹具加工四套货叉架部件。
（2）利用气动技术以快速定位、快速夹紧代替手动定位、手动夹紧。改进设计定位元件和夹紧元件，使其可以快速移动、转动，提高定位精度，同时提高定位及夹紧效率约70%，解决部分手动加工引起的效率低下问题。
4三维工艺设计
货叉架组焊工艺共分为9道工序，一份二维工艺文件共含有9张工序卡，以第25号工序———竖板与上、下挂板及中横板焊接为例，如图2所示。将第25号工序用三维视图来表达，其三维工序卡如图3所示。该三维工序卡是在保持技术上一致性的前提下，具有以下优点：
1）用三维视图来替代二维视图，其三维视图可用Pro/E、SolidWorks、Inventor等通用三维软件完成，较易实现；
2）其定位和夹紧方案直接用三维视图来表达，以替代二维工艺文件中的抽象符号，直观易懂；
3）其工步内容以文字形式结合图形进行表达，清晰明确。通过以上设计，在第25号工序中，用2张三维工序卡替代了1张二维工艺卡，清楚表达了工艺技术要求。在对整个货叉架的三维焊接工艺设计中，共用了13张三维工艺卡替代了9张二维工艺卡。
图2 叉车货叉架二维工序卡
图3 叉车货叉架三维工序卡
5应用
该货叉架三维工序卡首先被抽样试用于安徽好运机械有限公司金结车间的6位新员工培训，结果显示其读图效率平均可提高60%~70%，如图4所示。目前，该套三维工艺技术文件已应用于该企业的一线焊接加工。同时，该三维工艺设计可继续应用于门架、车身、桥架等其他叉车焊接件工艺设计。目前，某些工艺过程可以通过拍摄视频展现，如装配工艺等。但是，由于焊接生产过程的可视性极差，应用三维工序卡及相关动画视频能直观地表达整个工艺过程，有效地解决这些问题，可推广至焊接一线员工培训及生产实际使用。该三维工艺设计方法亦可推广至其他焊接企业，具有一定的推广应用性。
图4 培训耗时对比
6结束语
目前三维工艺设计正成为国内企业的需求热点，构建以轻量化三维模型为核心，以三维视图及动画为手段的详细工艺设计，从而改善生产现场工作环境，减少操作错误，提高产品质量和生产效率，其深入应用将是一个长期研究趋势。
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论文作者:王明磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：叉车论文; 工艺论文; 夹具论文; 工序论文; 部件论文; 元件论文; 所示论文; 《基层建设》2019年第10期论文;