轿车车体装配偏差研究方法综述

作者：林忠钦 干频

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 轿车车体制造是融合了冲压成形、自动装配生产线、机器人焊装及检测技术等多学科领域的过程。近几年来，世界知名汽车制造企业的国际性合并不断加剧着汽车市场的竞争，开展轿车车体制造尺寸偏差控制研究正在成为工业界和学术界的热点问题之一。 车体制造偏差是在全球汽车制造企业普遍存在的质量问题，直接影响到车体风噪声、密封性和平顺性等性能。90年代初，美国轿车车身制造综合偏差在士2mm以上，显著高于日本车体的士1mm水平，为此丢掉了30%左右的国内市场。随着为期3年的“2mm工程”项目的成功，1996年美国车体制造赶上了世界先进水平，逐步夺回了原有市场份额。欧洲车体制造偏差的最好水平在士1.25-1.5mm左右，目前在提高车体制造质量方面也进行着尝试与努力，如：德国大众公司正在推行的RPS参考点系统。然而，我国轿车车体制造偏差还不够稳定，平均在士3mm以上，远远落后于世界先进水平，为振兴民族轿车工业，迫切需要开展控制车体制造偏差的研究。 轿车车体(即白车身)通常是由300-500个薄板冲压件在50-90个装配站上焊装而成，基于薄板冲压件易变形特点，车身制造装配过程的零件冲压质量、装焊夹具夹紧定位的不稳定、焊装变形及零部件装配干涉等引起的零件尺寸偏差在车身装配过程中发生耦合、积累和传播形成车身制造的综合偏差。 面向车体制造过程的装配偏差。 面向车体装配是一个多薄板冲压件的多层次复杂装配过程，基于车体装配过程的偏差流理论揭示了装配偏差在车体装配过程中的传播规律，为根据零件偏差、定位稳定性、工夹具偏差及零件干涉预测车体制造偏差，确定各个装配偏差源对车体综合制造偏差的贡献率，进行车体装配偏差控制奠定了理论基础。 焊接是轿车车身装配的主要形式，尤其是点焊，轿车车身平均有3000-5000个焊点。因此，车体焊接装配过程偏差是车体综合偏差的主要来源之一。根据车体零件装配形式不同可将车身装配形式分为并联和串联两种基本形式。研究表明，串联装配偏差仅与零件几何形状有关且偏差具有累积性；并联装配偏差与零件几何和零件受力有关，各偏差差源对综合偏差的影响系数代数和为1，零件并联装配后的综合偏差小于单个零件误差。特别地，当并联装配的两个零件中，一个零件的刚度远远大于另一个的零件刚度时，综合装配偏差主要取决于大刚度零件的零件偏差，而远远小于零件的自身偏差。 夹具是车身各零件进行装配的载体，对车体装配质量具有致关重要的作用。正确设计的夹具应具有良好的形面定位能力、正确的定位点和夹具类型，保证夹具形闭合、力闭合及自锁特征。 另外，随着焊接机器人在汽车车身制造生产线的广泛应用，车体装配生产线多机器人的柔性装配研究也逐渐深入。 车体装配偏差的检测与统计技术 车体尺寸数据的跟踪是实现车体装配过程监控的基础，检测方法决定了车体装配过程监控的精确性和有效性。 检测样具是70年代前广泛使用的传统检测工具，检测速度极慢，无法迅速提供足够的特征样本数据。三坐标测量机(CMM)依靠其较高的精度和柔性，成为80年代初乃至现在国内外汽车制造厂的流行检测设备，但测量速度受到制约，当发现制造过程出现质量问题时，存在此类缺陷的若干产品已被转移到后续工序中，因而装配过程中缺陷检测和诊断并不是十分有效。80年代末，光学坐标测量机(ocmm)的出现为车体装配过程的在线测量提供了可能，对样点实现100%的采样测量(20)，为装配过程的质量界定和误差源定位提供了丰富的多变量尺寸信息。 最初，监测和控制车体装配过程采用了传统的统计过程控制图分析方法。然而，车体装配尺寸偏差测量数据往往具有很强的相关性，主成份分析(PCA)方法逐渐成为统计分析车体装配偏差的主要方法。 车体装配偏差的研究 极值法、统计分析法和蒙特卡罗(Monte-Carlo)模拟法是分析装配偏差的3种常用方法。这三种方法都假设零件为刚体，其装配偏差的集合特征仅由几何或(和)运动关系确定。 1980年，Takezawa根据汽车柔性薄板件装配的研究指出，“基于刚体假设的误差累积理论难以适用于轿车车体柔性薄板冲压件的装配，其装配误差可以小于零件偏差，并接近于刚性较大的零件”，揭开了柔性件装配误差研究序幕。尤其90年代初，美国密西根大学率先开始了有关车体柔性件装配误差的系统性理论研究，并在美国汽车制造企业成功开展了降低车体制造误差的“2mm工程”项目，为解决轿车车体制造过程中的质量问题找到了一组行之有效的方法。 我国车体装配偏差控制技术发展的几点建议 长期以来，汽车车身开发工作一直采用顺序的串行工程方法。位于车身全生命周期初期的车身设计阶段，要求设计公差尽可能小。然而，制造成本与设计公差成反比，允许公差越小，制造成本越高。多薄板冲压零件的车体装配受制造装配过程因素的影响，由于车身制造过程位于并接近全生命周期的尾声，在设计过程中不能及早考虑车体制造偏差，致使制造质量不能完全符合设计要求。 为了迎合我国轿车工业发展的需要，在展望车体装配偏差控制技术发展的基础上，必须尽快在国内开展轿车车体装配质量控制研究，尤其是以下车体装配偏差体系的研究： 1.面向设计的装配偏差控制技术 车身制造装配过程与车身 设计进行并行的一体化设计，以并行工程模式缩短车身开发周期、提高车身质量。将车身制造偏差信息反馈到车身设计的初始阶段，通过设计阶段预设装配间隙实现装配过程偏差的自补偿;利用装配偏差定量评价车身结构的装配设计。有利于制造的设计偏差控制和与设计相适应的制造过程控制，是控制车体综合偏差所追求的目标。 2.建立车体装配偏差控制系统 现有车体装配偏差研究仍处于分片分块式的研究方式，在基于实例的车体零部件偏差研究的基础上建立车体装配偏差的控制系统。包括工夹具的优化设计与鲁棒性设计、零部件装配偏差的自适应补偿、车体装配焊点分布及焊接顺序优化等更加合理的柔性薄板装配系统。 3.车身装配的虚拟系统 仿真车体零部件柔性装配过程，检验柔性装配可能发生的干涉，反馈车体零件设计信息，优化车体装配生产线。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/25/2007)