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汽車車身裝配偏差研究分析 賈寶勤 （陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710302） 摘要：針對(duì)人們對(duì)汽車的裝配的要求越來越高，分析了國(guó)內(nèi)外有關(guān)汽車裝配的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景，論述了車身裝配偏差的方法以及影響車身裝配的因素，指出了汽車裝配工藝在工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：汽車裝配；裝配偏差；發(fā)展前景 作者簡(jiǎn)介：賈寶勤，男，1956年生，寶雞岐山人，教授，主要從事塑性成形及模具設(shè)計(jì)方面的工作。 1引言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的裝配提出了更高和更多的要求。車身的裝配過程大致可以分為四個(gè)過程，即PCWR(Place、Clamp、Weld、Release)過程。其中Place代表將兩個(gè)或兩個(gè)以上車身零件放在夾具體上：Clamp表示夾具定位夾緊各零件，使之達(dá)到焊接裝配的名義位置；Weld表示焊接各零件，將各件裝配成一體；Release表示夾緊力釋放，夾具放松，裝配得到的部件進(jìn)入下一個(gè)裝配站，在此裝配站得到的部件進(jìn)入下一個(gè)裝配站與其它零件得到更復(fù)雜部件，層層裝配最終得到整個(gè)車身。事實(shí)上，車身結(jié)構(gòu)件及外覆蓋件的合理分片及公差分配、零件連接方式、裝配順序、夾具設(shè)計(jì)等因素都對(duì)裝配精度有重要影響。由于多工位薄板裝配過程中偏差變化復(fù)雜，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要依賴于經(jīng)驗(yàn)。因此有必要建立多工位薄板裝配偏差流傳遞的數(shù)學(xué)模型并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)裝配過程設(shè)計(jì)優(yōu)化，逐步擺脫傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴。 2汽車裝配技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 2.1研究現(xiàn)狀 1990年代初，美國(guó)三大汽車公司聯(lián)合密西根大學(xué)開展了著名的“2mm工程”，其指出，在先進(jìn)制造設(shè)備和技術(shù)的支持下，2mm尺寸波動(dòng)已經(jīng)接近制造過程質(zhì)量控制的極限，車身質(zhì)量的進(jìn)一步提高依賴于車身設(shè)計(jì)水平的改進(jìn)。根據(jù)Montgomery等人分析，80%的制造問題是由于設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的，裝配過程中大量的尺寸問題都源于設(shè)計(jì)階段沒有充分考慮裝配工藝能力。雖然近年來國(guó)外已開始將零件偏差及工藝參數(shù)對(duì)最終裝配尺寸影響的預(yù)測(cè)分析引入工藝設(shè)計(jì)階段，但針對(duì)薄板裝配過程的尺寸特性分析也大多局限于單工位，對(duì)多工位裝配過程的偏差變化過程研究較少。而這一技術(shù)正是產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)裝配偏差仿真和預(yù)測(cè)、夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)和公差綜合方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 1990年中期，上海交通大學(xué)也聯(lián)合上海汽車集團(tuán)等企業(yè)開展了轎車車身制造質(zhì)量控制技術(shù)研究，分別通過關(guān)鍵產(chǎn)品特征(KPC)和關(guān)鍵控制特征(KCC)的在線檢測(cè)和離線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)車身制造質(zhì)量的精確評(píng)價(jià)，采用多元統(tǒng)計(jì)方法分析質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)特征，借助于基于知識(shí)工程的模式匹配實(shí)現(xiàn)裝配偏差源的快速診斷，都取得了顯著的效果。上海交通大學(xué)車身制造技術(shù)中心提出了車身裝配虛擬樣機(jī)的建?？蚣?；上海交通大學(xué)田兆青等人針對(duì)多工位薄板裝配過程，建立了一種新的公差綜合方法。通過分析夾具定位偏差與公差的關(guān)系，利用偏差流傳遞的狀態(tài)空間模型建立了公差綜合的約束函數(shù)，以制造成本為目標(biāo)函數(shù)，利用Matlab實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的公差綜合方法，同時(shí)研究了過程損失對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，該方法在確保裝配質(zhì)量的前提下，顯著降低了制造成本，并提出了復(fù)雜薄板產(chǎn)品裝配偏差分析模型建模方法，闡述了車身裝配偏差源診斷方法，論證了基于狀態(tài)方程復(fù)雜產(chǎn)品多工位裝配偏差建模方法。 2.2發(fā)展前景 隨著人們生活水平的提高，科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，對(duì)汽車裝配的要求越來越高，因此汽車裝配技術(shù)有很大的發(fā)展前景，目前采用機(jī)器人在汽車裝配中已經(jīng)被廣泛采用。這些“移動(dòng)機(jī)器人”并非人們想象中的有鼻有眼的機(jī)器人，外觀上像一部普通的機(jī)械，實(shí)際上卻是高度智能化的“裝配工”。它作為一種可移動(dòng)的裝配平臺(tái)，可完成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、后橋、油箱等部件的動(dòng)態(tài)自動(dòng)化裝配，從而將工人的雙手從裝配勞動(dòng)中解放出來。并且，使用機(jī)器人具有故障率低、精度高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。如法國(guó)雪鐵龍公司耐奧裝配廠儀表板安裝，先將儀表板分裝成整體后，再用機(jī)器人將儀表板裝在駕駛室前面板上，然后自動(dòng)進(jìn)行功能檢測(cè)和校正。車門的安裝也是機(jī)器人將車門送至車門分裝線，待分裝好后，再用機(jī)器人將其安裝到車身上。后懸架安裝是機(jī)器人將后懸架從下面舉起裝到車體上，其上配有螺栓自動(dòng)供應(yīng)裝置和電子扭矩控制儀。還有電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、柔性裝配線以及模塊化裝配在生產(chǎn)管理系統(tǒng)中都得到廣泛應(yīng)用。 3影響車身裝配的因素 影響車身裝配的因素有很多，其中主要是模具的因素。即要著重考慮坯料在模具中的位置；模具對(duì)中的程度，這是由導(dǎo)柱以及導(dǎo)套提供的：模具的拋光程度；模具的材料及剛度；模具的表面處理情況；模具的拉深能力；模具的圓角半徑；凸凹模具之間的間隙；模具的擦劃傷情況。其次還有沖壓的因素，即沖頭和壓力機(jī)的平坦度與平行度；模具的閉合深度：壓邊力；選用壓力機(jī)的類型以及其剛度；潤(rùn)滑條件；除此之外也要考慮坯料的因素，主要表現(xiàn)在坯料的尺寸大?。号髁系男螤?；上料機(jī)械的主位置；坯料所處的旋轉(zhuǎn)彎曲或拉平邊部狀態(tài)：坯料的預(yù)彎情況；清洗劑類型和用量；最后還有互動(dòng)的因素，主要是材料的溫度：模具的溫度以及氣候條件等等。由于車身裝配的影響因素比較多，為此我們應(yīng)從降低生產(chǎn)成本等等方面考慮，先要對(duì)此進(jìn)行成形仿真，而薄板沖壓成形仿真系統(tǒng)主要有：CAD/CAM軟件：UG、CATIA、CADDS、PRO/E；數(shù)據(jù)加工軟件：Tebis；有限元分析軟件：Dynaform，Dasys/Ls-DYNA，MSC-marc，autoform等；矢量化軟件；IRASB、I/RASE。焊接特征主要用ANSYS對(duì)電阻點(diǎn)焊進(jìn)行有限元模擬的，其是對(duì)點(diǎn)焊熱效應(yīng)對(duì)接頭變形的影響進(jìn)行仿真，建立車身零件多焊點(diǎn)裝配有限元模型，預(yù)測(cè)車身零件裝配過程中的偏差傳遞規(guī)律。 4車身裝配偏差方法 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)裝配偏差主要采用田口實(shí)驗(yàn)法和蒙特卡諾模擬實(shí)驗(yàn)法兩類。計(jì)算機(jī)輔助車身公差分析軟件主要用MATLAB7.0編程實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛模擬法和淺性化方法的公差分析；車身裝配專用公差分析軟件BBA(VAC+編程)；通用公差分析軟件VisVSA(UG公司開發(fā)的)；DCS公司開發(fā)的3DCS(3DimensionalControlSystem);PTC公司開發(fā)的CE/TOL。車身偏差的主要是零部件間的干涉（見圖1），根據(jù)檢測(cè)的工藝分析，統(tǒng)計(jì)工件上的特征類型和數(shù)量，設(shè)計(jì)檢測(cè)的具體方案，確定檢具的結(jié)構(gòu)以及要測(cè)量的點(diǎn)，確定工作場(chǎng)地以及檢具各部分的材料和加工方式、測(cè)量點(diǎn)的位置、夾緊點(diǎn)的位置和數(shù)量，以此進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、進(jìn)行檢