總裝柔性化生產(chǎn)中AGV舉升工裝的開發(fā)與應(yīng)用

楊軍偉 周文增 劉巖

長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北省汽車工程技術(shù)研究中心 河北保定 071000

總裝柔性化生產(chǎn)中AGV舉升工裝的開發(fā)與應(yīng)用

楊軍偉 周文增 劉巖

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隨著人們收入水平的不斷提高，對(duì)汽車的需求也越發(fā)旺盛，為了適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展，汽車種類多樣化成為發(fā)展的必然，汽車總裝生產(chǎn)線也由原來(lái)的剛性化過(guò)度為柔性化生產(chǎn)線，本文主要探討分析了柔性化生產(chǎn)線中底盤AGV總成舉升工裝的開發(fā)與應(yīng)用，通過(guò)對(duì)工裝結(jié)構(gòu)型式的分析，工裝支承位置的選擇，以及為便于調(diào)試而采取的新型結(jié)構(gòu)等方面對(duì)總裝舉升工裝開發(fā)進(jìn)行分析。

六點(diǎn)定位原理；三角型原理；塊狀結(jié)構(gòu)；可調(diào)節(jié)裝置

引言

總裝柔性化生產(chǎn)線越來(lái)越多的應(yīng)用于各汽車生產(chǎn)企業(yè)中，底盤前后懸架總成裝配往往成為整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的瓶頸所在，選擇最合理的AGV舉升工裝結(jié)構(gòu)，成為提升總裝裝配節(jié)拍和產(chǎn)品品質(zhì)關(guān)鍵。所謂工裝，即工藝裝備（簡(jiǎn)稱工裝）是指在加工過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)程所需要的各種刀具、夾具、量具、模具、輔具、工位器具的總稱，其科技含量、創(chuàng)新程度、專業(yè)程度、標(biāo)準(zhǔn)化等對(duì)保證產(chǎn)品加工質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、改善勞動(dòng)條件等具有重要作用。因此對(duì)于多車型混線生產(chǎn)，底盤AGV舉升工裝開發(fā)的有效性就顯得尤為重要。本文主要介紹承載式車身動(dòng)力總成AGV舉升工裝的開發(fā)與應(yīng)用。

1.工裝定位形式

1.1 工裝定位基本原理

一個(gè)位于任意空間的自由物體，相對(duì)于三個(gè)相互垂直的坐標(biāo)平面，都可以分解成六個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，即沿坐標(biāo)軸OX、OY、OZ移動(dòng)和繞這三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；（見圖1）要使工件在某個(gè)方向上有確定的位置，就必須限制該方向上的自由度，要使工件處于穩(wěn)定位置，就必須限制工件的六個(gè)自由度。如圖2所示，XOY平面布置了3個(gè)不共線的約束點(diǎn)，限制了Z向移動(dòng)，X向轉(zhuǎn)動(dòng)、Y向轉(zhuǎn)動(dòng)；XOZ平面布置了2個(gè)約束點(diǎn)，限制Y向移動(dòng)、Z向轉(zhuǎn)動(dòng)；YOZ平面布置1個(gè)約束，限制了X向移動(dòng)，這種正確選取和分布六個(gè)支承點(diǎn)限制工件位置的規(guī)律，稱為六點(diǎn)定位原理。

1.2 三角型定位原理

由于工件定位基準(zhǔn)和定位元件工作表面均不是真正的點(diǎn)，所以應(yīng)用定位原理分析工件的定位時(shí)，理論上是將工件近似的看成自由剛體，并將具體的定位元件轉(zhuǎn)化成定位支承點(diǎn)，限制工件相應(yīng)的自由度，從而判斷屬于何種定位方式。如果屬于全定位或準(zhǔn)定位，則認(rèn)為是合理的定位方式，如果屬于欠定位，則是不可采用的定位方式，如果屬于重復(fù)定位，一般應(yīng)該避免。總裝動(dòng)力總成的工裝一般采用準(zhǔn)定位的形式，即限制Z向移動(dòng)、X向轉(zhuǎn)動(dòng)、Y向轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠滿足動(dòng)力總成的舉升需求；動(dòng)力總成為非規(guī)則性零件，支承點(diǎn)應(yīng)該滿足三角型原則，即支承點(diǎn)布置位置平面投影點(diǎn)連線應(yīng)為一個(gè)三角型，如果支承所成投影點(diǎn)連線為等邊三角則支承點(diǎn)選擇為最佳；但因?yàn)椴考螤畹脑?，往往并不能?shí)現(xiàn)等邊三角型支承點(diǎn)，特別是柔性化生產(chǎn)中多種車型的多款動(dòng)力總成混線裝配。當(dāng)支承點(diǎn)位置選擇好后，我們就需要使用CATIA軟件對(duì)零部件重心點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，使重心投影點(diǎn)位于支承點(diǎn)所成三角型內(nèi)部，確保動(dòng)力總成支承的穩(wěn)定性（見圖3）。如果重心投影點(diǎn)位于三角型之外，將可能導(dǎo)致元件放置不穩(wěn)定或移動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生偏斜，則需要對(duì)支承點(diǎn)進(jìn)行重新選擇，直到元件重心投影點(diǎn)位于三角型內(nèi)部，最終達(dá)到穩(wěn)定支承的目的；

1.3 定位方式的選擇

使用三點(diǎn)支承定位法過(guò)程中，為保證動(dòng)力總成快速準(zhǔn)確的放置到工裝上面，必須確定一個(gè)定位點(diǎn)。通常的定位方式有以下幾種，以平面定位、圓孔定位、圓錐孔定位、以外圓定位等；動(dòng)力總成定位點(diǎn)一般選取發(fā)動(dòng)機(jī)加工過(guò)程中的圓孔點(diǎn)進(jìn)行利用。其它另外兩個(gè)支承點(diǎn)的選擇，應(yīng)該充分對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過(guò)材料力學(xué)性及可承受外部沖擊等因素，確定可利用的支承點(diǎn)，輸出可利用支承點(diǎn)分布圖（見圖4），以便對(duì)支承點(diǎn)位置的選取。

2、工裝支承形式

2.1 工裝支承形式設(shè)計(jì)

混線生產(chǎn)過(guò)程中多款動(dòng)力總成使用同一套AGV舉升工裝進(jìn)行裝配，為選擇最為合理的支承點(diǎn)，往往位置都相互重疊或者相近，如何在面積不大的托盤上對(duì)動(dòng)力總成支承進(jìn)行布置呢？有兩種方法解決此問(wèn)題，部件偏心和支承偏心。所謂部件偏心是指在不同的動(dòng)力總成在X-Y方向進(jìn)行不同程度的偏置，將相對(duì)集中的支承點(diǎn)進(jìn)行分化；支撐偏心是指動(dòng)力總成的位置基本不變，通過(guò)使用偏置支承或其他結(jié)構(gòu)，滿足不同款發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的需求。在工裝實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，要根據(jù)動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)的不同，合理選擇支承的形式，以到最佳使用效果為基準(zhǔn)。

2.2 支承結(jié)構(gòu)的選擇

AGV舉升工裝的定位支承按照是否可調(diào)分為固定支承和調(diào)節(jié)支承；固定支承不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，適用于單一工件支承結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)支承適用于多種元件，通過(guò)支承高度調(diào)節(jié)或者方向調(diào)節(jié)，來(lái)有效規(guī)避多種零部件的相關(guān)干涉。按照結(jié)構(gòu)又可分為柱狀結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)；柱狀結(jié)構(gòu)的底座、支承桿都是圓柱型（見圖5），由支承桿的錐面與底座的錐面進(jìn)行定位配合，來(lái)保證精度；塊狀結(jié)構(gòu)的底座、支承桿都?jí)K狀型式，通過(guò)支承桿上的圓柱銷與底座上的半圓槽進(jìn)行配合，來(lái)滿足支承的定位要求。（見圖6）

柱狀結(jié)構(gòu)對(duì)于單體支承位置，節(jié)省空間，但對(duì)于支承位置相對(duì)集中時(shí)，使用柱狀結(jié)構(gòu)將占用大量的空間，不便于整體設(shè)計(jì)；塊狀結(jié)構(gòu)對(duì)于支承位置相對(duì)集中情況，將能夠節(jié)省大量的空間，而且便于相對(duì)設(shè)計(jì)。工裝的設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程，為達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的使用效果良好，往往將兩種結(jié)構(gòu)混合設(shè)計(jì)，滿足混線生產(chǎn)中多款動(dòng)力總成的使用需求。

2.3 支承結(jié)構(gòu)的要求

舉升工裝支承必須要有足夠的精度要求，動(dòng)力總成整體舉升過(guò)程中，要保證螺栓與螺孔端正，應(yīng)該有效避免過(guò)程公差積累，公差的累積將直接影響合裝質(zhì)量，因此必須保證工裝有足夠的精度，減少相應(yīng)公差累積對(duì)合裝過(guò)程的影響。第二，工裝結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，工裝的使用限制了工件的自由度，承受著來(lái)自工件的反作用力，足夠的強(qiáng)度和剛度，避免支承在使用過(guò)程中變形和損壞；第三，工裝要有較高的耐磨性，工件的裝卸將會(huì)磨損支承的表面，導(dǎo)致表面精度降低，精度的降低將會(huì)影響裝配的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，因此為延長(zhǎng)工裝的使用壽命，降低更換頻次，必須增加工件表面的耐磨性。第四，防腐處理，一般的工裝使用都是鋼性材料，使用的環(huán)境的濕度將導(dǎo)致生銹，必須采用防腐處理，避免工裝生銹，影響使用效果，通常采用的方式有煮黑處理、噴涂防銹漆，前者使用效果較好，采用較多。

三、工裝可調(diào)節(jié)裝置

動(dòng)力總成合裝過(guò)程中地面平整度、AGV小車偏差、吊具的偏差、車身的偏差、零部件的偏差等因素都要通過(guò)工裝在調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行彌補(bǔ)，完全理論設(shè)計(jì)的工裝在實(shí)際使用過(guò)程中不能滿足使用要求，必須通過(guò)調(diào)試才能使用。設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)裝置將便于調(diào)試，提升調(diào)試效率?？烧{(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(如圖7)所示，由L型基準(zhǔn)調(diào)節(jié)塊、調(diào)節(jié)墊片、支承座組成。由L型基準(zhǔn)調(diào)節(jié)塊，增加理論設(shè)計(jì)墊片厚度，來(lái)確定工裝支承的設(shè)計(jì)理論位置。調(diào)試過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際裝配過(guò)程中孔位偏差尺寸，加減墊片來(lái)補(bǔ)償工裝支承X-Y方向的偏差，使零部件孔位與車身孔位對(duì)正，已達(dá)到快速可調(diào)節(jié)的目的。當(dāng)工裝使用效果良好，狀態(tài)比較穩(wěn)定時(shí)，可將支承上預(yù)留定位銷進(jìn)行裝配，以達(dá)到進(jìn)一步穩(wěn)固支承的目的。

結(jié)束語(yǔ)

作為柔性化生產(chǎn)的重要生產(chǎn)設(shè)備，AGV工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中除了清晰設(shè)計(jì)思路之外, 還要對(duì)車型定位、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備多方面進(jìn)行了解,同時(shí)工裝種類及樣式千變?nèi)f化，具體的設(shè)計(jì)還應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行，在充分滿足產(chǎn)品需求的情況下，盡可能提高工裝的通用性、穩(wěn)定性以及可操作性，通過(guò)更為合理設(shè)計(jì)的工裝，不斷提升產(chǎn)品品質(zhì)。

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