总装柔性化生产中AGV举升工装的开发与应用

2022.12.08

杨军伟周文增刘岩

[摘要]随着人们收入水平的不断提高，对汽车的需求也越发旺盛，为了适应市场的发展，汽车种类多样化成为发展的必然，汽车总装生产线也由原来的刚性化过度为柔性化生产线，本文主要探讨分析了柔性化生产线中底盘AGV总成举升工装的开发与应用，通过对工装结构型式的分析，工装支承位置的选择，以及为便于调试而采取的新型结构等方面对总装举升工装开发进行分析。

[关键词]六点定位原理；三角型原理；块状结构；可调节装置

引言

总装柔性化生产线越来越多的应用于各汽车生产企业中，底盘前后悬架总成装配往往成为整个生产过程的瓶颈所在，选择最合理的AGV举升工装结构，成为提升总装装配节拍和产品品质关键。所谓工装，即工艺装备（简称工装）是指在加工过程中，为实现工艺规程所需要的各种刀具、夹具、量具、模具、辅具、工位器具的总称，其科技含量、创新程度、专业程度、标准化等对保证产品加工质量、提高劳动生产率、降低成本、改善劳动条件等具有重要作用。因此对于多车型混线生产，底盘AGV举升工装开发的有效性就显得尤为重要。本文主要介绍承载式车身动力总成AGV举升工装的开发与应用。

1.工装定位形式

1.1工装定位基本原理

一个位于任意空间的自由物体，相对于三个相互垂直的坐标平面，都可以分解成六个方向的运动，即沿坐标轴OX、OY、OZ移动和绕这三个轴的转动运动；（见图1）要使工件在某个方向上有确定的位置，就必须限制该方向上的自由度，要使工件处于稳定位置，就必须限制工件的六个自由度。如图2所示，XOY平面布置了3个不共线的约束点，限制了Z向移动，X向转动、Y向转动；XOZ平面布置了2个约束点，限制Y向移动、Z向转动；YOZ平面布置1个约束，限制了X向移动，这种正确选取和分布六个支承点限制工件位置的规律，称为六点定位原理。

图1 物体空间的六个自由度图2 六定位支承点

1.2三角型定位原理

由于工件定位基准和定位元件工作表面均不是真正的点，所以应用定位原理分析工件的定位时，理论上是将工件近似的看成自由刚体，并将具体的定位元件转化成定位支承点，限制工件相应的自由度，从而判断属于何种定位方式。如果属于全定位或准定位，则认为是合理的定位方式，如果属于欠定位，则是不可采用的定位方式，如果属于重复定位，一般应该避免。总装动力总成的工装一般采用准定位的形式，即限制Z向移动、X向转动、Y向转动，能够满足动力总成的举升需求；动力总成为非规则性零件，支承点应该满足三角型原则，即支承点布置位置平面投影点连线应为一个三角型，如果支承所成投影点连线为等边三角则支承点选择为最佳；但因为部件形状的原因，往往并不能实现等边三角型支承点，特别是柔性化生产中多种车型的多款动力总成混线装配。当支承点位置选择好后，我们就需要使用CATIA软件对零部件重心点进行计算分析，使重心投影点位于支承点所成三角型内部，确保动力总成支承的稳定性（见图3）。如果重心投影点位于三角型之外，将可能导致元件放置不稳定或移动过程中产生偏斜，则需要对支承点进行重新选择，直到元件重心投影点位于三角型内部，最终达到稳定支承的目的；

1.3定位方式的选择

使用三点支承定位法过程中，为保证动力总成快速准确的放置到工装上面，必须确定一个定位点。通常的定位方式有以下几种，以平面定位、圆孔定位、圆锥孔定位、以外圆定位等；动力总成定位点一般选取发动机加工过程中的圆孔点进行利用。其它另外两个支承点的选择，应该充分对产品结构进行分析，通过材料力学性及可承受外部冲击等因素，确定可利用的支承点，输出可利用支承点分布图（见图4），以便对支承点位置的选取。

图3 重心与支承点关系图4 可利用支承点分布图

2、工装支承形式

2.1工装支承形式设计

混线生产过程中多款动力总成使用同一套AGV举升工装进行装配，为选择最为合理的支承点，往往位置都相互重叠或者相近，如何在面积不大的托盘上对动力总成支承进行布置呢？有两种方法解决此问题，部件偏心和支承偏心。所谓部件偏心是指在不同的动力总成在X-Y方向进行不同程度的偏置，将相对集中的支承点进行分化；支撑偏心是指动力总成的位置基本不变，通过使用偏置支承或其他结构，满足不同款发动机装配的需求。在工装实际设计过程中，要根据动力总成结构的不同，合理选择支承的形式，以到最佳使用效果为基准。

2.2支承结构的选择

AGV举升工装的定位支承按照是否可调分为固定支承和调节支承；固定支承不能进行调节，适用于单一工件支承结构，调节支承适用于多种元件，通过支承高度调节或者方向调节，来有效规避多种零部件的相关干涉。按照结构又可分为柱状结构和块状结构；柱状结构的底座、支承杆都是圆柱型（见图5），由支承杆的锥面与底座的锥面进行定位配合，来保证精度；块状结构的底座、支承杆都块状型式，通过支承杆上的圆柱销与底座上的半圆槽进行配合，来满足支承的定位要求。（见图6）

图5 柱状结构支承图6 块状结构支承

柱状结构对于单体支承位置，节省空间，但对于支承位置相对集中时，使用柱状结构将占用大量的空间，不便于整体设计；块状结构对于支承位置相对集中情况，将能够节省大量的空间，而且便于相对设计。工装的设计开发过程，为达到实际生产过程的使用效果良好，往往将两种结构混合设计，满足混线生产中多款动力总成的使用需求。

2.3支承结构的要求

举升工装支承必须要有足够的精度要求，动力总成整体举升过程中，要保证螺栓与螺孔端正，应该有效避免过程公差积累，公差的累积将直接影响合装质量，因此必须保证工装有足够的精度，减少相应公差累积对合装过程的影响。第二，工装结构要有足够的强度和刚度，工装的使用限制了工件的自由度，承受着来自工件的反作用力，足够的强度和刚度，避免支承在使用过程中变形和损坏；第三，工装要有较高的耐磨性，工件的装卸将会磨损支承的表面，导致表面精度降低，精度的降低将会影响装配的质量和准确性，因此为延长工装的使用寿命，降低更换频次，必须增加工件表面的耐磨性。第四，防腐处理，一般的工装使用都是钢性材料，使用的环境的湿度将导致生锈，必须采用防腐处理，避免工装生锈，影响使用效果，通常采用的方式有煮黑处理、喷涂防锈漆，前者使用效果较好，采用较多。

三、工装可调节装置

动力总成合装过程中地面平整度、AGV小车偏差、吊具的偏差、车身的偏差、零部件的偏差等因素都要通过工装在调试过程中进行弥补，完全理论设计的工装在实际使用过程中不能满足使用要求，必须通过调试才能使用。设计可调节装置将便于调试，提升调试效率。可调节结构（如图7）所示，由L型基准调节块、调节垫片、支承座组成。由L型基准调节块，增加理论设计垫片厚度，来确定工装支承的设计理论位置。调试过程中，根据实际装配过程中孔位偏差尺寸，加减垫片来补偿工装支承X-Y方向的偏差，使零部件孔位与车身孔位对正，已达到快速可调节的目的。当工装使用效果良好，状态比较稳定时，可将支承上预留定位销进行装配，以达到进一步稳固支承的目的。

图7 工装调节装置

结束语

作为柔性化生产的重要生产设备，AGV工装设计过程中除了清晰设计思路之外，还要对车型定位、生产工艺、生产设备多方面进行了解，同时工装种类及样式千变万化，具体的设计还应该根据产品进行，在充分满足产品需求的情况下，尽可能提高工装的通用性、稳定性以及可操作性，通过更为合理设计的工装，不断提升产品品质。

参考文献

[1]杜全麟.工装夹具设计方法探讨[J].科技风，2013（06）：101-102.

[2]郭万川，梅碧舟.六点定位原理及其应用[J].现代制造技术2007，34（03）：49-52.

[3]卓开富.六点定位原理应用中应注意的问题[J].四川工业学院学报，1998，2（07）：33-36.