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

[摘要]隨著人們收入水平的不斷提高，對汽車的需求也越發(fā)旺盛，為了適應(yīng)市場的發(fā)展，汽車種類多樣化成為發(fā)展的必然，汽車總裝生產(chǎn)線也由原來的剛性化過度為柔性化生產(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，通過對工裝結(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)等方面對總裝舉升工裝開發(fā)進行分析。

[關(guān)鍵詞]六點定位原理；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生產(chǎn)過程的瓶頸所在，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（簡稱工裝）是指在加工過程中，為實現(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、標準化等對保證產(chǎn)品加工質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、改善勞動條件等具有重要作用。因此對于多車型混線生產(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

一個位于任意空間的自由物體，相對于三個相互垂直的坐標平面，都可以分解成六個方向的運動，即沿坐標軸OX、OY、OZ移動和繞這三個軸的轉(zhuǎn)動運動；（見圖1）要使工件在某個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自由度。如圖2所示，XOY平面布置了3個不共線的約束點，限制了Z向移動，X向轉(zhuǎn)動、Y向轉(zhuǎn)動；XOZ平面布置了2個約束點，限制Y向移動、Z向轉(zhuǎn)動；YOZ平面布置1個約束，限制了X向移動，這種正確選取和分布六個支承點限制工件位置的規(guī)律，稱為六點定位原理。

圖1 物體空間的六個自由度 圖2 六定位支承點

1.2三角型定位原理

由于工件定位基準和定位元件工作表面均不是真正的點，所以應(yīng)用定位原理分析工件的定位時，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，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定位，則認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?？傃b動力總成的工裝一般采用準定位的形式，即限制Z向移動、X向轉(zhuǎn)動、Y向轉(zhuǎn)動，能夠滿足動力總成的舉升需求；動力總成為非規(guī)則性零件，支承點應(yīng)該滿足三角型原則，即支承點布置位置平面投影點連線應(yīng)為一個三角型，如果支承所成投影點連線為等邊三角則支承點選擇為最佳；但因為部件形狀的原因，往往并不能實現(xiàn)等邊三角型支承點，特別是柔性化生產(chǎn)中多種車型的多款動力總成混線裝配。當(dāng)支承點位置選擇好后，我們就需要使用CATIA軟件對零部件重心點進行計算分析，使重心投影點位于支承點所成三角型內(nèi)部，確保動力總成支承的穩(wěn)定性（見圖3）。如果重心投影點位于三角型之外，將可能導(dǎo)致元件放置不穩(wěn)定或移動過程中產(chǎn)生偏斜，則需要對支承點進行重新選擇，直到元件重心投影點位于三角型內(nèi)部，最終達到穩(wěn)定支承的目的；

1.3定位方式的選擇

使用三點支承定位法過程中，為保證動力總成快速準確的放置到工裝上面，必須確定一個定位點。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；動力總成定位點一般選取發(fā)動機加工過程中的圓孔點進行利用。其它另外兩個支承點的選擇，應(yīng)該充分對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行分析，通過材料力學(xué)性及可承受外部沖擊等因素，確定可利用的支承點，輸出可利用支承點分布圖（見圖4），以便對支承點位置的選取。

圖3 重心與支承點關(guān)系 圖4 可利用支承點分布圖

2、工裝支承形式

2.1工裝支承形式設(shè)計

混線生產(chǎn)過程中多款動力總成使用同一套AGV舉升工裝進行裝配，為選擇最為合理的支承點，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動力總成支承進行布置呢？有兩種方法解決此問題，部件偏心和支承偏心。所謂部件偏心是指在不同的動力總成在X-Y方向進行不同程度的偏置，將相對集中的支承點進行分化；支撐偏心是指動力總成的位置基本不變，通過使用偏置支承或其他結(jié)構(gòu)，滿足不同款發(fā)動機裝配的需求。在工裝實際設(shè)計過程中，要根據(jù)動力總成結(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。

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，通過支承高度調(diào)節(jié)或者方向調(diào)節(jié)，來有效規(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行定位配合，來保證精度；塊狀結(jié)構(gòu)的底座、支承桿都塊狀型式，通過支承桿上的圓柱銷與底座上的半圓槽進行配合，來滿足支承的定位要求。（見圖6）

圖5 柱狀結(jié)構(gòu)支承 圖6 塊狀結(jié)構(gòu)支承

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

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，動力總成整體舉升過程中，要保證螺栓與螺孔端正，應(yīng)該有效避免過程公差積累，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)公差累積對合裝過程的影響。第二，工裝結(jié)構(gòu)要有足夠的強度和剛度，工裝的使用限制了工件的自由度，承受著來自工件的反作用力，足夠的強度和剛度，避免支承在使用過程中變形和損壞；第三，工裝要有較高的耐磨性，工件的裝卸將會磨損支承的表面，導(dǎo)致表面精度降低，精度的降低將會影響裝配的質(zhì)量和準確性，因此為延長工裝的使用壽命，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

動力總成合裝過程中地面平整度、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工裝在調(diào)試過程中進行彌補，完全理論設(shè)計的工裝在實際使用過程中不能滿足使用要求，必須通過調(diào)試才能使用。設(shè)計可調(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型基準調(diào)節(jié)塊、調(diào)節(jié)墊片、支承座組成。由L型基準調(diào)節(jié)塊，增加理論設(shè)計墊片厚度，來確定工裝支承的設(shè)計理論位置。調(diào)試過程中，根據(jù)實際裝配過程中孔位偏差尺寸，加減墊片來補償工裝支承X-Y方向的偏差，使零部件孔位與車身孔位對正，已達到快速可調(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，可將支承上預(yù)留定位銷進行裝配，以達到進一步穩(wěn)固支承的目的。

圖7 工裝調(diào)節(jié)裝置

結(jié)束語

作為柔性化生產(chǎn)的重要生產(chǎn)設(shè)備，AGV工裝設(shè)計過程中除了清晰設(shè)計思路之外， 還要對車型定位、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備多方面進行了解，同時工裝種類及樣式千變?nèi)f化，具體的設(shè)計還應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品進行，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，通過更為合理設(shè)計的工裝，不斷提升產(chǎn)品品質(zhì)。

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