劉澤林 董瑋 宋偉佳 叢立國(guó) 馮聯(lián)會(huì) 董春生

（中國(guó)第一汽車股份有限公司工程與生產(chǎn)物流部，長(zhǎng)春 130011）

1 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，乘用車銷量逐年高歌猛進(jìn)，但消費(fèi)者對(duì)汽車高品質(zhì)、差異化的需求也越來越高，汽車制造業(yè)迎來前所未有的顛覆性變革，面對(duì)這一重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)，汽車總裝工藝規(guī)劃順應(yīng)歷史潮流，迅速轉(zhuǎn)向柔性化、自動(dòng)化共線混流生產(chǎn)方向。整體式自動(dòng)合裝工藝在自動(dòng)化、效率提升、質(zhì)量提升、人員優(yōu)化等方面有較大優(yōu)勢(shì)，符合當(dāng)下乘用車工藝規(guī)劃發(fā)展方向，故應(yīng)用越來越廣泛。

2 底盤整體自動(dòng)合裝整體介紹

整體式半自動(dòng)合裝工藝是指將發(fā)動(dòng)機(jī)總成、變速箱總成、前懸總成、后懸總成、前后減振器等分總成集成在合裝托盤上，通過自動(dòng)導(dǎo)引臺(tái)車（AGV/RGV）或舉升機(jī)，前后整體舉升完成與車身合裝[1]，如圖1所示。由于AGV式合裝多采用連續(xù)式合裝，受限于自身結(jié)構(gòu)，難以實(shí)現(xiàn)前后減振器自動(dòng)對(duì)位和無法消除與自動(dòng)擰緊機(jī)構(gòu)干涉問題，故合裝過程中需要人員參與，扶正必要的汽車零部件并在動(dòng)力總成與車身結(jié)合后人工使用擰緊機(jī)進(jìn)行擰緊。

圖1 整體式半自動(dòng)合裝工藝

整體式自動(dòng)合裝工藝是指將發(fā)動(dòng)機(jī)總成、變速箱總成、前懸總成、后懸總成、前后減振器等分總成集成在合裝托盤上，通過剪式液壓舉升機(jī)舉升合裝托盤，完成底盤動(dòng)力總成與車身自動(dòng)合車，如圖2所示。前后減振器通過輔助扶正機(jī)構(gòu)與車身自動(dòng)對(duì)位，輸送系統(tǒng)避開自動(dòng)擰緊點(diǎn)，合裝完畢后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擰緊。不過整體自動(dòng)合裝工藝對(duì)整個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)化及系統(tǒng)精度要求高，設(shè)備投資相對(duì)半自動(dòng)合裝設(shè)備較大。

圖2 整體式自動(dòng)合裝工藝

3 整體式自動(dòng)合裝定位系統(tǒng)

整體式自動(dòng)合裝核心點(diǎn)在尺寸鏈分析，其依靠車身、合裝設(shè)備、輸送設(shè)備、托盤等定位結(jié)構(gòu)保證，即整體式自動(dòng)合裝核心是定位系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)。在定位系統(tǒng)中，主要圍繞車身定位點(diǎn)系統(tǒng)（The Reference Point System，RPS）開展分析設(shè)計(jì)。車身地板分布RPS定位系統(tǒng)孔位，基于RPS定位系統(tǒng)，按照定位雙方內(nèi)容不同，整體式自動(dòng)合裝工藝由3大定位系統(tǒng)組成，分別為車身-吊具定位系統(tǒng)、吊具-合裝站定位系統(tǒng)、托盤-車身定位系統(tǒng)等。由于車型自身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同，托盤-車身定位系統(tǒng)可通過產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，托盤與車身之間不一定有實(shí)物化的定位機(jī)構(gòu)存在。

3.1 車身地板RPS定位系統(tǒng)

車身地板RPS定位系統(tǒng)根據(jù)沖焊涂總4大車間輸送及加工裝配要求，往往形成1個(gè)主定位基準(zhǔn)孔，若各干輔助定位基準(zhǔn)孔系統(tǒng)。主定位孔是所有孔位測(cè)量及加工制造的基準(zhǔn)，默認(rèn)位置偏差為0 mm，各個(gè)環(huán)節(jié)均參照次孔位進(jìn)行加工測(cè)量，輔助定位孔為各個(gè)分總成加工制作的基準(zhǔn)，形成地板總成后與主定位孔位置偏差≤±0.2 mm。

3.2 車身-吊具定位系統(tǒng)

車身-吊具定位系統(tǒng)是明確合裝過程中車身與車身吊具二者關(guān)系的系統(tǒng)。一般采用前后左右4個(gè)銷孔配合定位方式。4孔中包含1個(gè)主定位孔、2個(gè)長(zhǎng)圓孔和1個(gè)擴(kuò)孔，如圖3所示；也有采用前銷孔后托2+2定位方式[2]，其中1個(gè)主定位孔，1個(gè)長(zhǎng)圓孔，如圖4所示。

圖3 4銷孔配合車身-吊具定位系統(tǒng)

圖4 2銷孔配合車身-吊具定位系統(tǒng)

3.3 吊具-合裝站定位系統(tǒng)

吊具-合裝站定位系統(tǒng)是明確合裝過程中吊具與合裝站二者關(guān)系的系統(tǒng)，以保證吊具每次停止位置度的一致性[3]。一般采用單側(cè)2個(gè)銷孔配合定位方式進(jìn)行定位，其中1個(gè)主定位孔，1個(gè)輔助定位孔，如圖5所示。

圖5 吊具-合裝站定位系統(tǒng)

3.4 托盤-車身定位系統(tǒng)

托盤-車身定位系統(tǒng)是明確合裝過程中托盤與車身二者關(guān)系的系統(tǒng)。一般采用前后合裝托盤設(shè)定RPS定位銷與車身定位孔配合方式進(jìn)行定位。合裝時(shí)前后合裝托盤相對(duì)基礎(chǔ)托盤X/Y方向可浮動(dòng)，舉升過程中托盤RPS定位銷先進(jìn)入車身定位孔，保證動(dòng)力總成舉升到位后孔位與車身一致，便于后續(xù)自動(dòng)擰緊，如圖6所示。

圖6 托盤-車身定位系統(tǒng)

3.5 合裝工藝尺寸鏈分析

整體式自動(dòng)合裝工藝關(guān)鍵是分析所有參與零部件的尺寸鏈，根據(jù)尺寸鏈分析結(jié)果明確三大定位系統(tǒng)的加工制造精度，以保證合裝成功率。本文根據(jù)實(shí)際實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際案例提出尺寸鏈分析模型如圖7所示，風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算如表1所示。

圖7 尺寸鏈分析模型

表1 合裝風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算

4 整體式自動(dòng)合裝關(guān)鍵組成系統(tǒng)

整體式自動(dòng)合裝關(guān)鍵組成系統(tǒng)包括：定位系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、托盤存儲(chǔ)系統(tǒng)、擰緊系統(tǒng)等，裝配方式多為間歇式。

4.1 平面布置

合裝系統(tǒng)由車身輸送線、合裝托盤輸送線、托盤舉升站、自動(dòng)擰緊站、托盤分離站等系統(tǒng)組成，如圖8所示。當(dāng)托盤種類≥2種時(shí)，需配以托盤存儲(chǔ)庫，以應(yīng)對(duì)多車型共線生產(chǎn)問題。

圖8 整體式自動(dòng)合裝站平面布局

4.2 車身輸送線

車身輸送線形式多采用摩擦線形式。其優(yōu)點(diǎn)是噪聲低、速度快、吊具Y/Z向高度一致性高。其中Y向直線度要求≤±1 mm/m，Z向直線度要求≤±3 mm/m，如圖9所示。

圖9 車身輸送線

4.3 合裝托盤輸送線

合裝托盤輸送形式多采用鏈床形式。其優(yōu)點(diǎn)是不需要在地面上挖基坑、噪聲低、柔性好、速度快。鏈床中部為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，托盤底部對(duì)應(yīng)位置做導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)，以保證輸送過程中直線度≤±1 mm，如圖10所示。

圖10 合裝托盤輸送線

4.4 托盤舉升站

車身和托盤到達(dá)托盤舉升站，吊具-合裝站定位系統(tǒng)的地面定位銷對(duì)吊具進(jìn)行定位，托盤的定位銷進(jìn)入吊具孔位，從而間接保證車身和底盤總成的初步相對(duì)位置。托盤和吊具在Z向相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，托盤上定位銷進(jìn)入車身完成車身與底盤總成的精定位。若托盤的定位銷與吊具形成精定位，車身與底盤總成之間具有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，則可以取消前后合裝托盤RPS定位銷，車身吊具具有預(yù)定位和精定位2個(gè)功能，合裝過程同時(shí)完成2次定位，托盤舉升站如圖11所示。

圖11 托盤舉升站

4.5 自動(dòng)擰緊站

托盤舉升站完成車身和底盤結(jié)合后，進(jìn)入擰緊裝配部分[4]。普通燃油車型平均有22個(gè)點(diǎn)用來固定車身和底盤，且均為A類擰緊點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品性能及安全有重大影響。自動(dòng)擰緊工藝是由伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擰緊槍，自動(dòng)完成螺栓的擰緊，可返回?cái)Q緊點(diǎn)坐標(biāo)值和擰緊結(jié)果，但其對(duì)系統(tǒng)精度要求也高。

4.5.1 三軸伺服整體式自動(dòng)擰緊站

目前主機(jī)廠普遍采用三軸伺服整體式擰緊臺(tái)，擰緊槍布置在前、后2個(gè)擰緊臺(tái)上，每個(gè)擰緊臺(tái)各有2個(gè)擰緊軸。2個(gè)擰緊臺(tái)可在X向移動(dòng)，4個(gè)擰緊軸可在擰緊臺(tái)臺(tái)Y向移動(dòng)，擰緊軸移動(dòng)到位后可實(shí)現(xiàn)Z向上升，從而實(shí)現(xiàn)4個(gè)擰緊軸在X/Y/Z3個(gè)方向自由移動(dòng)，覆蓋整車所有擰緊點(diǎn)。三軸伺服整體式自動(dòng)擰緊站如圖12所示。

圖12 三軸伺服整體式自動(dòng)擰緊站

4.5.2 機(jī)器人自動(dòng)擰緊站

對(duì)于節(jié)拍較低、車型單一的豪華品牌汽車總裝工廠已嘗試使用工業(yè)機(jī)器人或協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行合裝擰緊，擰緊機(jī)固定在機(jī)器人展臂上，機(jī)器人根據(jù)擰緊策略自動(dòng)選擇擰緊點(diǎn)位置，帶動(dòng)擰緊軸對(duì)底盤擰緊點(diǎn)進(jìn)行逐一緊固，并返回?cái)Q緊點(diǎn)坐標(biāo)及力矩值。機(jī)器人自動(dòng)擰緊站如圖13所示。

圖13 機(jī)器人自動(dòng)擰緊站

5 結(jié)論

汽車工業(yè)正朝著數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化、平臺(tái)化、柔性化、定制化方向發(fā)展，汽車制造工藝技術(shù)革新日新月異。整體式自動(dòng)合裝工藝適應(yīng)整車平臺(tái)化發(fā)展趨勢(shì)，可有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，但其系統(tǒng)復(fù)雜，多產(chǎn)品、制造等各方面要求極高，挑戰(zhàn)性極大，對(duì)其進(jìn)行深度研究有助于實(shí)現(xiàn)汽車總裝科學(xué)高效生產(chǎn)，并為加速實(shí)現(xiàn)工廠現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級(jí)，推進(jìn)工業(yè)4.0打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)于提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和產(chǎn)品形象具有重要意義。