總裝柔性化生產中AGV舉升工裝的開發與應用

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旺盛，為了適應市場的發展，汽車種類多樣化成為發展的必然，汽車總裝生產線也由原來的剛性化過度為柔性化生產線，本文主要探討分析了柔性化生產線中底盤AGV總成舉升工裝的開發與應用，通過對工裝結構型式的分析，工裝支承位置的選擇，以及為便于調試而采取的新型結構等方面對總裝舉升工裝開發進行分析。

[關鍵詞]六點定位原理；三角型原理；塊狀結構；可調節裝置

引言

總裝柔性化生產線越來越多的應用于各汽車生產企業中，底盤前后懸架總成裝配往往成為整個生產過程的瓶頸所在，選擇最合理的AGV舉升工裝結構，成為提升總裝裝配節拍和產品品質關鍵。所謂工裝，即工藝裝備（簡稱工裝）是指在加工過程中，為實現工藝規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、創新程度、專業程度、標準化等對保證產品加工質量、提高勞動生產率、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，底盤AGV舉升工裝開發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舉升工裝的開發與應用。

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向轉動、Y向轉動；XOZ平面布置了2個約束點，限制Y向移動、Z向轉動；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化成定位支承點，限制工件相應的自由度，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，如果屬于重復定位，一般應該避免。總裝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向轉動、Y向轉動，能夠滿足動力總成的舉升需求；動力總成為非規則性零件，支承點應該滿足三角型原則，即支承點布置位置平面投影點連線應為一個三角型，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，往往并不能實現等邊三角型支承點，特別是柔性化生產中多種車型的多款動力總成混線裝配。當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部，確保動力總成支承的穩定性（見圖3）。如果重心投影點位于三角型之外，將可能導致元件放置不穩定或移動過程中產生偏斜，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部，最終達到穩定支承的目的；

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，應該充分對產品結構進行分析，通過材料力學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工裝支承形式設計

混線生產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構，滿足不同款發動機裝配的需求。在工裝實際設計過程中，要根據動力總成結構的不同，合理選擇支承的形式，以到最佳使用效果為基準。

2.2支承結構的選擇

AGV舉升工裝的定位支承按照是否可調分為固定支承和調節支承；固定支承不能進行調節，適用于單一工件支承結構，調節支承適用于多種元件，通過支承高度調節或者方向調節，來有效規避多種零部件的相關干涉。按照結構又可分為柱狀結構和塊狀結構；柱狀結構的底座、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；塊狀結構的底座、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 柱狀結構支承 圖6 塊狀結構支承

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

2.3支承結構的要求

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，應該有效避免過程公差積累，公差的累積將直接影響合裝質量，因此必須保證工裝有足夠的精度，減少相應公差累積對合裝過程的影響。第二，工裝結構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，導致表面精度降低，精度的降低將會影響裝配的質量和準確性，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，使用的環境的濕度將導致生銹，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、工裝可調節裝置

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試過程中進行彌補，完全理論設計的工裝在實際使用過程中不能滿足使用要求，必須通過調試才能使用。設計可調節裝置將便于調試，提升調試效率。可調節結構（如圖7）所示，由L型基準調節塊、調節墊片、支承座組成。由L型基準調節塊，增加理論設計墊片厚度，來確定工裝支承的設計理論位置。調試過程中，根據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，已達到快速可調節的目的。當工裝使用效果良好，狀態比較穩定時，可將支承上預留定位銷進行裝配，以達到進一步穩固支承的目的。

圖7 工裝調節裝置

結束語

作為柔性化生產的重要生產設備，AGV工裝設計過程中除了清晰設計思路之外， 還要對車型定位、生產工藝、生產設備多方面進行了解，同時工裝種類及樣式千變萬化，具體的設計還應該根據產品進行，在充分滿足產品需求的情況下，盡可能提高工裝的通用性、穩定性以及可操作性，通過更為合理設計的工裝，不斷提升產品品質。

參考文獻

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