淺談柔性分拼吊具設(shè)計(jì)

摘 要：本文通過對簡易吊具介紹、柔性分拼基本工藝分析、柔性分拼吊具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能要求總結(jié)，展示了柔性分拼吊具安全、高柔性、輕量化、符合人機(jī)工程、易于維修等特點(diǎn)，從這些特點(diǎn)入手淺析了柔性分拼吊具設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：柔性分拼吊具；吊具要求；吊具設(shè)計(jì)

在汽車制造企業(yè)中，更快地推出新產(chǎn)品，更快地對舊產(chǎn)品進(jìn)行更新?lián)Q代，是贏得市場的關(guān)鍵所在。因此，國內(nèi)汽車焊裝生產(chǎn)線已經(jīng)廣泛采用一種靈活、高效的柔性化生產(chǎn)模式。同時(shí)作為車身焊接線輔助工具的吊具，在車身的焊接過程中，要與時(shí)俱進(jìn)，滿足產(chǎn)品多元化的需求，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)的成本優(yōu)勢和時(shí)效優(yōu)勢，降低新車的資金投入，縮短開發(fā)周期。

1 簡易吊具介紹

簡易吊具按照工作原理來分，大致有下面幾個(gè)典型結(jié)構(gòu)：吊耳、吊具架、吊鉤三部分。吊耳用來安裝在電動(dòng)葫蘆、氣動(dòng)葫蘆上，接受動(dòng)力輸入，通常用鏈條來連接，通過升降電機(jī)收放鏈條實(shí)現(xiàn)吊具上下動(dòng)作，同時(shí)葫蘆可以在工字鋼上直線滑移，實(shí)現(xiàn)上下、前后二維運(yùn)動(dòng)，從而吊運(yùn)產(chǎn)品零件。目前，國內(nèi)車企簡易吊具仍被使用著，然而，隨著白車身生產(chǎn)線柔性化、自動(dòng)化程度的不斷提高，簡易吊具暴露出越來越多的問題：①通用性差，一種規(guī)格吊具只能搬運(yùn)一種相應(yīng)型號車頂蓋，對于混線生產(chǎn)模式則須使用多套吊具，增加企業(yè)成本；②安全性差，簡易吊具不設(shè)置二次保護(hù)機(jī)構(gòu)，搬運(yùn)途中時(shí)有分拼意外掉落風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)安全事故；③簡易吊具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2 柔性分拼基本工藝分析

汽車焊裝線柔性生產(chǎn)，主線為大柔性線，夾具為隨行夾具，一種隨行夾具對應(yīng)一種車型，理論上可以柔性生產(chǎn) N種車型。某主機(jī)場一條 45JPH（生產(chǎn)節(jié)拍）焊裝 3種乘用車的柔性線，側(cè)圍、前車體分拼也要供應(yīng) 3總車型的分拼，分拼臺(tái)為快速切換拼臺(tái)，分拼在分拼臺(tái)間依靠吊具快速轉(zhuǎn)移。吊具掛載工件，按工序到達(dá)不同的工位，完成相應(yīng)工藝要求下的生產(chǎn)任務(wù)。吊具由操作工操作，實(shí)現(xiàn)工件夾取，工件上升，工件前進(jìn)，工件下降，工件放置操作。柔性分拼吊具在焊槍密布，空間狹小的生產(chǎn)空間完成吊運(yùn)過程，還要滿足生產(chǎn)線高節(jié)拍、高柔性需求，因此對柔性分拼吊具提出了新的要求。

3 柔性分拼吊具要求

通過簡易吊具與柔性分拼基本工藝介紹分析，柔性分拼吊具在分拼臺(tái)工位間轉(zhuǎn)運(yùn)承擔(dān)著重要作用。

3.1 安全要求

讓機(jī)械的操作者享有最基本的人身安全，避免機(jī)械傷害是機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求。

（1）吊具應(yīng)進(jìn)行二次保護(hù)，保證人、機(jī)、料安全。

（2）吊具在上升到位后安全鎖緊，并設(shè)置吊具運(yùn)行過程中零件的安全防護(hù)裝置，以防止吊具運(yùn)行過程中零件掉落或人員的安全事故。

3.2 功能要求

柔性分拼吊具要滿足柔性分拼在不同工位間的輸送要求，即吊具可以將分拼從前一個(gè)工位輸送到下一工位，滿足不同工位間的焊接需求。

（1）吊具柔性化要求，吊具應(yīng)滿足柔性生產(chǎn)模式下幾種車型分拼的通用。選取幾種柔性分拼共同吊點(diǎn)設(shè)計(jì)吊鉤，吊點(diǎn)應(yīng)避免選取零件 A面，防止零件損傷。

（2）吊具起吊重心應(yīng)與零件重心重合。吊具在空載、負(fù)載時(shí)應(yīng)均能保持平衡。

（3）吊具相關(guān)部件相互不發(fā)生干涉，吊具與工裝夾具不發(fā)生干涉。單個(gè)操作工人可以獨(dú)立、省力、方便地完成分拼的搬運(yùn)工作。

3.3 人機(jī)工程

分拼吊具的輸送通常都有人工輔助，生產(chǎn)時(shí)操作工操作吊具應(yīng)便捷。例如：吊具操作按鈕盒高度要符合操作者身高要求。同時(shí)為有利于人工吊具抓件， X、Y、Z三個(gè)方向要安裝限位，限位可以糾正吊具放置角度，避免員工多次放置吊具。在吊具可以達(dá)到吊具功能的前提下，應(yīng)盡可能多為具體生產(chǎn)和維修的人員提供方便和提高效率進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才真正意義上將人機(jī)工程應(yīng)用于吊具設(shè)計(jì)之中。

3.4 維修保養(yǎng)

柔性分拼生產(chǎn)屬于高節(jié)拍生產(chǎn)，設(shè)備運(yùn)行效率≥ 95%，吊具維修要方便快捷，否則會(huì)影響生產(chǎn)線節(jié)拍輸出。吊具部分結(jié)構(gòu)、易損件等采用模塊化設(shè)計(jì)，更換安裝簡單方便快捷。

4 柔性分拼吊具設(shè)計(jì)

將柔性分拼吊具要求融入吊具設(shè)計(jì)中，根據(jù)不同項(xiàng)目具體要求，設(shè)計(jì)適合現(xiàn)場使用的柔性分拼吊具。

4.1 吊具工裝方案制定

分拼吊具工裝方案根據(jù)工藝 BOP、布局、分拼工裝方案分析，開展方案討論和確定方案。分拼吊具的設(shè)計(jì)工裝方案要滿足分拼生產(chǎn)線的規(guī)劃要求，譬如生產(chǎn)的節(jié)拍，吊具在工位上的布置，X、Y、Z三個(gè)方向的限位、吊運(yùn)的重心、吊運(yùn)方式、吊點(diǎn)、起吊高度等信息，這些都是分拼吊具設(shè)計(jì)所要考慮的因素，也是分拼吊具設(shè)計(jì)所要必須滿足的要求。

4.2 前期產(chǎn)品分拼吊具方案分析

根據(jù)前期產(chǎn)品數(shù)據(jù)，結(jié)合 BOE、BOP和以往同類車型工裝，分析起吊的合適高度、吊具托點(diǎn)的選取、X、Y、Z三個(gè)方向的限位布置，提出一些托點(diǎn)的位置，方便簡化后面的設(shè)計(jì)和提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.3 分拼吊具設(shè)計(jì)計(jì)劃

清楚了解項(xiàng)目進(jìn)度，把握好項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)。 T1開始產(chǎn)品分析， T1中期開始做前車體吊具方案， T2前完成前車體吊具方案評審， T2前后開始前車體吊具設(shè)計(jì)， T2兩個(gè)星期內(nèi)基本完成前車體吊具設(shè)計(jì)發(fā)圖， OTS1階段完成前車體吊具制造。

4.4 吊具設(shè)計(jì)

（1）吊具的支撐方式，應(yīng)適應(yīng)當(dāng)前所有車型生產(chǎn)。同時(shí)也考慮今后新增車型的支撐更加簡單和可行，為今后的新車型的上線生產(chǎn)留有余地，即不再需要進(jìn)行大量的或復(fù)雜的改造就可柔性兼容其它車型分拼。在相應(yīng)的托點(diǎn)位置設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)，一般采用連桿或四連桿機(jī)構(gòu)，保證在夾緊狀態(tài)下機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。

（2）關(guān)注吊具和分拼的重心位置情況，因?yàn)樵谌斯さ踹\(yùn)過程中出現(xiàn)晃動(dòng)易造成翻車等危險(xiǎn)，因此先分析零件的重心點(diǎn)，吊具起吊重

心應(yīng)與零件重心重合。吊具在空載、負(fù)載時(shí)應(yīng)均能保持平衡。

（3）設(shè)計(jì)連接各個(gè)托點(diǎn)的框架，一般采用冷彎空心圓管或方鋼，設(shè)計(jì)框架時(shí)需要充分計(jì)算框架強(qiáng)度。

（4）增加 X、Y、Z向的限位，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際使用情況，限位能有效提升吊具的輸送節(jié)拍。

（5）設(shè)計(jì)操作按鈕盒安裝板和扶手，從人機(jī)工程方面考慮，扶手距離踏臺(tái)的高度在 750mm-850mm之間。

（6）設(shè)計(jì)吊鉤，保證吊鉤在 X、Y向可調(diào)，并使吊鉤位置與重心在同一豎直直線上；

（7）優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)輕量化，根據(jù)需要增減調(diào)整；盡量考慮結(jié)構(gòu)的簡單，減輕吊具總量。

（8）吊具夾爪，氣缸連接等部位采用模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場使用過程中出現(xiàn)問題可直接更換模塊，減少維修時(shí)間。

（9）吊具數(shù)模設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行數(shù)模運(yùn)動(dòng)模擬，做吊具干涉運(yùn)動(dòng)分析，提前發(fā)現(xiàn)問題，減少后期吊具調(diào)試時(shí)間。

5 結(jié)束語

柔性分拼吊具，作為車身焊接線重要輔助工具，在滿足生產(chǎn)安全要求的前提下，滿足柔性分拼在不同工位間的輸送、不同工位間的焊接基本需求。還應(yīng)在設(shè)計(jì)上更多考慮產(chǎn)品多元化需求、高節(jié)拍生產(chǎn)需求、生產(chǎn)現(xiàn)場要在人機(jī)工程、維修簡單方便等方面精益求精。這些都是理論上，柔性分拼吊具的設(shè)計(jì)基本要求，與設(shè)計(jì)基本步驟。實(shí)際中吊具應(yīng)根據(jù)不同生產(chǎn)條件，對吊具設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)出現(xiàn)場最適合的吊具。

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作者簡介

劉參參：（1986—），男，河北正定人，本科，助理工程師，現(xiàn)工作于上汽通用五菱汽車股份有限公司，主要從事車身工裝設(shè)計(jì)、汽車焊裝生產(chǎn)線開發(fā)等方面的工作。