一種下車體柔性定位機構的開發設計

詹強民，王 輝，覃建弄

(柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545007)

0 引言

隨著經濟快速發展，當今的制造業正逐漸向多品種［1］、小批量、用戶定制、響應市場變化等方向發展，對生產線的要求也越來越多，生產線只能柔性生產多種車型，才能減少公司產線投資，以提升公司市場競爭力。然而，零部件車身部件每種車型間結構存在差異，車型間主定位孔偏差較大，為此，在考慮產線設計時，需要考慮柔性定位機構，滿足多種車型在一條生產線上實現定位生產，從而可以有效減少產線成本投資，為公司創造效益。

1 柔性定位機構的設計

通過對CN120S/CN115 兩種車型的下車體尾端主定位(圖1)位置對比分析，差異較大，定位機構無法共用，當需要生產另一種車型時，需要人力將定位下車體后部的定位組件拆卸下來，更換上另一組定位組件，導致勞動強度大、更換時間長，大大降低了生產效率，為此設計了一種柔性定位機構。

圖1 CN120S/CN115 后部下車體主定位孔偏差大

1.1 柔性定位機構的結構組成及動作說明

柔性定位機構包括n 組定位組件，n 組定位組件分別用于定位n 種車型的下車體后部，n≥2。圖示方案中，設有兩組定位組件(即n=2)，分別為第一定位組件1 和第二定位組件2，第一定位組件1 用于定位CN120S車型的下車體的后部，第二定位組件2 用于定位CN115 車型的下車體的后部，還包括支架4 和轉動塊3。各組定位組件均固連于轉動塊3，轉動塊3具有m 個工位，m=n。轉動塊3 可轉動地連在支架4上端，以便轉動到不同工位上。圖示方案中，轉動塊3具有兩個工位(即m=2)，分別為第一工位和第二工位。由于各組定位組件均固連于轉動塊3，所以會隨轉動塊3 同步轉動，因而轉動塊3 轉動時，各組定位組件的位置會發生變動。當轉動塊3 位于工位上時，有且僅有一組定位組件位于轉動塊3 上方。并且，轉動塊3 位于不同工位上時，位于其上方的定位組件為不同組。比如，當轉動塊3 位于第一工位上時，僅第一定位組件1 位于轉動塊3 上方(圖2)，當轉動塊3 位于第二工位上時，僅第二定位組件2 位于轉動塊3 上方(圖 3)。

以圖示機構為例說明柔性定位裝置的應用過程：

當裝配第一種車型時，將轉動塊3 轉動到第一工位上(圖2)，此時，第一定位組件1 位于轉動塊3上方，第二定位組件2 不在轉動塊3 上方。此時，由第一定位組件1 對第一種車型的下車體后部進行定位，并且由于第二定位組件2 不在轉動塊3 上方，所以不會干涉第一定位組件1 對下車體后部的定位。

當要切換裝配第二種車型時，將轉動塊3 自第一工位轉動到第二工位上(圖3)，此時，第二定位組件2 位于轉動塊3 上方，第一定位組件1 不在轉動塊3 上方。此時，由第二定位組件2 對第二種車型的下車體后部進行定位，并且由于第一定位組件1 不在轉動塊3 上方，所以不會干涉第二定位組件2 對下車體后部的定位。

如上，該柔性定位裝置僅通過轉動塊3 即可實現不同組定位組件的更換，相比人工先拆除原定位組件再安裝新定位組件而言，大大降低了勞動強度、縮短了定位組件的更換時長、提升了生產效率。

當轉動塊3 位于工位上時，除位于轉動塊3 上方的定位組件外，其余定位組件均位于轉動塊3 的側方，這樣，更利于防止未參與定位的定位組件干涉到下車體。比如，圖示方案中，當第一組定位組件位于轉動塊3 上方時，第二組定位組件位于轉動塊3右側方，當第二組定位組件位于轉動塊3 上方時，第一組定位組件位于轉動塊3 左側方。

轉動塊3 自第一工位轉過90°到達第二工位，換言之，第一工位與第二工位之間的夾角為90°，這樣，便于實施。

柔性定位裝置還包括限位塊，當轉動塊3 位于工位上時，轉動塊3 與限位塊咬合，使轉動塊3 穩定在工位上。圖示方案中，設有第一限位塊5 和第二限位塊6，第一限位塊5 和第二限位塊6 均設有卡口。當轉動塊3 位于第一工位上時，轉動塊3 嵌入第一限位塊5 的卡口，與第一限位塊5 咬合；當轉動塊3位于第二工位上時，轉動塊3 嵌入第二限位塊6 的卡口，與第二限位塊6 咬合。

支架4 上端固連有第一樞接架41 和與之樞接的第一轉軸42，轉動塊3 設有第一連接孔，轉動塊3通過第一連接孔外套于第一轉軸42，以此實現了轉動塊3 與支架4 上端的可轉動連接，這種連接結構可靠性高。當然，實際實施時，也可采用鉚接等連接結構。

每組定位組件均包括定位銷，位于轉動塊3 上方的定位組件的定位銷沿豎直方向延伸，使用狀態下，定位銷豎直插入對應車型的下車體后部的銷孔內，實現對下車體后部的定位。圖示方案中，第一定位組件1 包括第一定位銷15，第二定位組件2 包括第二定位銷25。

定位組件還包括連接塊組，定位銷通過連接塊組與轉動塊3 相連。

圖示機構中，第一定位組件1 的連接塊組包括第一連接塊11、第二連接塊12、第三連接塊13 和第四連接塊14，其中，第一連接塊11、第二連接塊12以及第四連接塊14 為長條形塊，第三連接塊13 為L形塊。第一定位組件1 位于轉動塊3 上方的狀態下(圖2)，第一連接塊11 豎直延伸，其下端連在轉動塊3 的上表面；第二連接塊12 水平延伸，其右端連在第一連接塊11 上端；第三連接塊13 的開口朝下，第三連接塊13 的豎直側壁連在第二連接塊12 的左端；第四連接塊14 連在第三連接塊13 的水平側壁上；第一定位銷連在第四連接塊14 上。這種第一定位組件1 具有較高的結構強度，且在轉動塊3 處于第二工位時，既能夠避讓開下車體，也能夠避讓開支架4。

圖示機構中，第二定位組件2 的連接塊組包括第五連接塊21、第六連接塊22、第七連接塊23 和第八連接塊24，其中，第五連接塊21、第七連接塊23以及第八連接塊24 為L 形塊，第六連接塊22 為T形塊。第二定位組件2 位于轉動塊3 上方的狀態下(圖3)，第五連接塊21 的開口朝上，第五連接塊21的水平側壁連在轉動塊3 的上表面；第六連接塊22的豎直側壁連在第五連接塊21 的豎直側壁上端；第七連接塊23 的開口朝上，第七連接塊23 的水平側壁連在第六連接塊22 的水平側壁上；第八連接塊24的開口朝下，第八連接塊24 的豎直側壁連于第七連接塊23 的豎直側壁；第二定位銷連在第八連接塊24的水平側壁上。這種第二定位組件2 具有較高的結構強度，且在轉動塊3 處于第一工位時，既能夠避讓開下車體，也能夠避讓開支架4。

該柔性定位裝置還包括氣缸7，氣缸7 用于驅動轉動塊3 轉動。用氣缸7 驅動轉動塊3 轉動更省力、更利于提升定位組件的更換效率。

該柔性定位裝置還包括控制器(圖中未示出)，控制器與氣缸7 的供氣管路和排氣管路上的電磁閥通信連接，從而能夠控制電磁閥開關和/或控制電磁閥的流路切換，進而能夠自動控制氣缸7 的桿部71伸縮。這樣相比手動控制氣缸7 的桿部71 伸縮更省力、更利于提升定位組件的更換效率；氣缸7 的桿部71 上端固連有第二樞接架72 和與之樞接的第二轉軸73，轉動塊3 設有第二連接孔，轉動塊3 通過第二連接孔外套于第二轉軸73，這樣當氣缸7 的桿部伸縮帶動轉動塊3 繞第一轉軸42 轉動時，不會出現運動干涉。氣缸7 的缸體74 固連于支架4，圖示方案中，支架4 的側方設有固定框架8，氣缸7 的缸體74被約束在所述固定框架8 內，這樣利于提升裝置的集成度。

圖2 第一定位組件參與定位狀態下的結構圖

圖3 第二定位組件參與定位狀態下的結構圖

圖2、3 中附圖標記說明如下：1 第一定位組件，11 第一連接塊，12 第二連接塊，13 第三連接塊，14第四連接塊，15 第一定位銷，2 第二定位組件，21 第五連接塊，22 第六連接塊，23 第七連接塊，24 第八連接塊，25 第二定位銷，3 轉動塊，4 支架，41 第一樞接架，42 第一轉軸，5 第一限位塊，6 第二限位塊，7 氣缸，71 桿部，72 第二樞接架，73 第二轉軸，74 缸體，8固定框架

1.2 柔性定位機構特點

該柔性定位機構作為下車體柔性切換關鍵機械結構，具有如下特點：

(1)能夠90°翻轉即可實現車型切換。

(2)結構緊湊簡單，占用空間小，方便安裝與維護，維護成本低。

1.3 柔性定位機構應用效果

柔性定位機構(如圖4)在后部下車體往復桿輸送線夾具上安裝實施后取得了很好的經濟效益和良好的效果：

(1)實現車型間自動切換，滿足客戶需求。

(2)降低了產線投資成本。

(3)響應公司向自動化方向推進的號召，提升企業自動化技術水平。

圖4 柔性定位機構的實物圖

2 結語

柔性定位機構的設計開發及應用取得很好的效果，不僅實現了車型柔性定位功能，很大程度上替代了人工切換夾具，還提高了公司自主研發與技術創新能力，為公司發展帶來了巨大的經濟效益。