浅谈柔性分拼吊具设计

摘 要：本文通过对简易吊具介绍、柔性分拼基本工艺分析、柔性分拼吊具的结构特点与功能要求总结，展示了柔性分拼吊具安全、高柔性、轻量化、符合人机工程、易于维修等特点，从这些特点入手浅析了柔性分拼吊具设计。

关键词：柔性分拼吊具；吊具要求；吊具设计

在汽车制造企业中，更快地推出新产品，更快地对旧产品进行更新换代，是赢得市场的关键所在。因此，国内汽车焊装生产线已经广泛采用一种灵活、高效的柔性化生产模式。同时作为车身焊接线辅助工具的吊具，在车身的焊接过程中，要与时俱进，满足产品多元化的需求，实现柔性生产的成本优势和时效优势，降低新车的资金投入，缩短开发周期。

1 简易吊具介绍

简易吊具按照工作原理来分，大致有下面几个典型结构：吊耳、吊具架、吊钩三部分。吊耳用来安装在电动葫芦、气动葫芦上，接受动力输入，通常用链条来连接，通过升降电机收放链条实现吊具上下动作，同时葫芦可以在工字钢上直线滑移，实现上下、前后二维运动，从而吊运产品零件。目前，国内车企简易吊具仍被使用着，然而，随着白车身生产线柔性化、自动化程度的不断提高，简易吊具暴露出越来越多的问题：①通用性差，一种规格吊具只能搬运一种相应型号车顶盖，对于混线生产模式则须使用多套吊具，增加企业成本；②安全性差，简易吊具不设置二次保护机构，搬运途中时有分拼意外掉落风险，引发安全事故；③简易吊具结构复杂，生产效率低，工人劳动强度大。

2 柔性分拼基本工艺分析

汽车焊装线柔性生产，主线为大柔性线，夹具为随行夹具，一种随行夹具对应一种车型，理论上可以柔性生产 N种车型。某主机场一条 45JPH（生产节拍）焊装 3种乘用车的柔性线，侧围、前车体分拼也要供应 3总车型的分拼，分拼台为快速切换拼台，分拼在分拼台间依靠吊具快速转移。吊具挂载工件，按工序到达不同的工位，完成相应工艺要求下的生产任务。吊具由操作工操作，实现工件夹取，工件上升，工件前进，工件下降，工件放置操作。柔性分拼吊具在焊枪密布，空间狭小的生产空间完成吊运过程，还要满足生产线高节拍、高柔性需求，因此对柔性分拼吊具提出了新的要求。

3 柔性分拼吊具要求

通过简易吊具与柔性分拼基本工艺介绍分析，柔性分拼吊具在分拼台工位间转运承担着重要作用。

3.1 安全要求

让机械的操作者享有最基本的人身安全，避免机械伤害是机械设计的基本要求。

（1）吊具应进行二次保护，保证人、机、料安全。

（2）吊具在上升到位后安全锁紧，并设置吊具运行过程中零件的安全防护装置，以防止吊具运行过程中零件掉落或人员的安全事故。

3.2 功能要求

柔性分拼吊具要满足柔性分拼在不同工位间的输送要求，即吊具可以将分拼从前一个工位输送到下一工位，满足不同工位间的焊接需求。

（1）吊具柔性化要求，吊具应满足柔性生产模式下几种车型分拼的通用。选取几种柔性分拼共同吊点设计吊钩，吊点应避免选取零件 A面，防止零件损伤。

（2）吊具起吊重心应与零件重心重合。吊具在空载、负载时应均能保持平衡。

（3）吊具相关部件相互不发生干涉，吊具与工装夹具不发生干涉。单个操作工人可以独立、省力、方便地完成分拼的搬运工作。

3.3 人机工程

分拼吊具的输送通常都有人工辅助，生产时操作工操作吊具应便捷。例如：吊具操作按钮盒高度要符合操作者身高要求。同时为有利于人工吊具抓件， X、Y、Z三个方向要安装限位，限位可以纠正吊具放置角度，避免员工多次放置吊具。在吊具可以达到吊具功能的前提下，应尽可能多为具体生产和维修的人员提供方便和提高效率进行设计，这样才真正意义上将人机工程应用于吊具设计之中。

3.4 维修保养

柔性分拼生产属于高节拍生产，设备运行效率≥ 95%，吊具维修要方便快捷，否则会影响生产线节拍输出。吊具部分结构、易损件等采用模块化设计，更换安装简单方便快捷。

4 柔性分拼吊具设计

将柔性分拼吊具要求融入吊具设计中，根据不同项目具体要求，设计适合现场使用的柔性分拼吊具。

4.1 吊具工装方案制定

分拼吊具工装方案根据工艺 BOP、布局、分拼工装方案分析，开展方案讨论和确定方案。分拼吊具的设计工装方案要满足分拼生产线的规划要求，譬如生产的节拍，吊具在工位上的布置，X、Y、Z三个方向的限位、吊运的重心、吊运方式、吊点、起吊高度等信息，这些都是分拼吊具设计所要考虑的因素，也是分拼吊具设计所要必须满足的要求。

4.2 前期产品分拼吊具方案分析

根据前期产品数据，结合 BOE、BOP和以往同类车型工装，分析起吊的合适高度、吊具托点的选取、X、Y、Z三个方向的限位布置，提出一些托点的位置，方便简化后面的设计和提高结构的稳定性。

4.3 分拼吊具设计计划

清楚了解项目进度，把握好项目时间节点。 T1开始产品分析， T1中期开始做前车体吊具方案， T2前完成前车体吊具方案评审， T2前后开始前车体吊具设计， T2两个星期内基本完成前车体吊具设计发图， OTS1阶段完成前车体吊具制造。

4.4 吊具设计

（1）吊具的支撑方式，应适应当前所有车型生产。同时也考虑今后新增车型的支撑更加简单和可行，为今后的新车型的上线生产留有余地，即不再需要进行大量的或复杂的改造就可柔性兼容其它车型分拼。在相应的托点位置设计夹紧机构，一般采用连杆或四连杆机构，保证在夹紧状态下机构处于死点位置。

（2）关注吊具和分拼的重心位置情况，因为在人工吊运过程中出现晃动易造成翻车等危险，因此先分析零件的重心点，吊具起吊重

心应与零件重心重合。吊具在空载、负载时应均能保持平衡。

（3）设计连接各个托点的框架，一般采用冷弯空心圆管或方钢，设计框架时需要充分计算框架强度。

（4）增加 X、Y、Z向的限位，根据现场实际使用情况，限位能有效提升吊具的输送节拍。

（5）设计操作按钮盒安装板和扶手，从人机工程方面考虑，扶手距离踏台的高度在 750mm-850mm之间。

（6）设计吊钩，保证吊钩在 X、Y向可调，并使吊钩位置与重心在同一竖直直线上；

（7）优化设计，结构轻量化，根据需要增减调整；尽量考虑结构的简单，减轻吊具总量。

（8）吊具夹爪，气缸连接等部位采用模块化设计，现场使用过程中出现问题可直接更换模块，减少维修时间。

（9）吊具数模设计完成后，进行数模运动模拟，做吊具干涉运动分析，提前发现问题，减少后期吊具调试时间。

5 结束语

柔性分拼吊具，作为车身焊接线重要辅助工具，在满足生产安全要求的前提下，满足柔性分拼在不同工位间的输送、不同工位间的焊接基本需求。还应在设计上更多考虑产品多元化需求、高节拍生产需求、生产现场要在人机工程、维修简单方便等方面精益求精。这些都是理论上，柔性分拼吊具的设计基本要求，与设计基本步骤。实际中吊具应根据不同生产条件，对吊具设计进行调整，设计出现场最适合的吊具。

参考文献：

[1]张敏，魏伟 .浅谈汽车生产中的柔性制造 .汽车工艺与材料，2005（6）（1-2）

[2]李飞 .浅析车身制造生产线输送吊具设计要点[J].科技创新与应用，2015（8）：35-37.

[3]倪美玉 .在同一汽车厂内实现多品种混线生产 [J].汽车与配件，2006（38）：36-37.

作者简介

刘参参：（1986—），男，河北正定人，本科，助理工程师，现工作于上汽通用五菱汽车股份有限公司，主要从事车身工装设计、汽车焊装生产线开发等方面的工作。