前懸總成裝配線的設計與研究

王莉莉，覃京翎，曾慶文，鄭志明，韋理顥

（1.柳州城市職業學院，廣西 柳州 545036；2.廣西汽車集團有限公司，廣西 柳州 545007）

前懸總成作為汽車一個重要的零配件，前懸總成的質量關系著整車裝配品質，前懸總成的生產效率關系著整車的生產效率，因此不斷提高前懸總成的生產率，保證前懸總成產品的質量，是前懸總成裝配線設計開發需要重點考慮的因素[1]。原有的前懸總成裝配線存在自動化程度不高，前懸總成的關鍵參數——前懸外傾角是采取線下檢測或者線下抽檢，不能夠保證前懸總成的質量，急需開發一條滿足汽車智能制造高速發展要求的前懸總成裝配線。

1 前懸總成的裝配工藝介紹

前懸總成主要由前制動角總成、減震器、制動軟管、傳感器線束、緊固件等組成，如圖1所示。

圖1 前懸總成結構

前懸總成的裝配工藝主要是要把前制動角總成、減震器、制動軟管、傳感器線束、緊固件等組件裝配在一起得到前懸大總成。同時裝配線上必須要考慮前懸的兩個主要參數的檢測，一個是制動軟管的氣密性檢測，一個是前懸外傾角的檢測。根據生產綱領需要，公司提出的整線生產節拍設計要求為≤78 s/件（≥46JPH）。裝配線設計5道工序，各工序內容和實際生產節拍如表1所示。通過工藝設計，考慮瓶頸生產工序，整線實際生產節拍為57JPH，滿足公司對節拍≥46JPH的設計要求。

表1 前懸總成裝配工藝流程

2 裝配線整體布局

前懸總成裝配線包括旋轉裝配臺、外傾角線外檢測專機、料架、電氣控制柜等機構。裝配臺共設置了5個工位，如圖2所示，其中旋轉裝配臺工位1到工位5的工序內容和表1的工序（OP10至OP50）一一對應，除了自動工位3以外，其他四個工位各配備一名操作人員。

圖2 前懸總成裝配線整體結構

3 旋轉裝配臺

旋轉裝配臺（如圖3所示）是前懸總成裝配線的核心部件，裝配臺上設置了5個工位，主要有旋轉臺、支架、定位機構、外傾角自動檢測機、氣密性檢測儀、條碼打印機、壓緊機構等組成。整個裝配臺由4人/班操作，共設計了兩種定位機構，兼容多個產品。

圖3 前懸總成裝配臺結構圖

3.1 定位機構

裝配線上一個工位設置了兩種定位機構，兼容兩種產品的裝配。定位機構（如圖4所示）主要包括前制動角總成定位塊、減震器V型定位塊、支撐塊、頂升墊塊、調整機構等。其中前制動角總成定位塊和減震器V型定位塊可以根據不同的前懸總成產品更換，實現裝配線柔性化生產。

圖4 定位機構

3.2 旋轉臺

旋轉臺（如圖5所示）由伺服電機帶動小齒輪，小齒輪帶動大齒輪，實現旋轉臺的轉動功能。電機采用中達電通ECMA-EA1315SS型號的電機。為了旋轉臺的精確定位，在轉盤上設置了RFID芯片，在支架上設置了RFID讀寫頭，如圖6所示。

圖5 旋轉臺結構

圖6 旋轉臺定位

3.3 氣密性檢測

制動軟管氣密性檢測用的是COSMO RS-700A1M型號的檢測儀，如圖7所示。檢測方法是利用差壓法檢測原理，COSMO檢測儀向安裝好的制動軟管內充入空氣，測量其內部壓力變化從而檢測是否有泄漏[2]。

圖7 氣密性檢測儀

3.4 外傾角自動檢測機

外傾角自動檢測機是設置在前懸總成裝配線上的，能夠對前懸外傾角進行線上100%檢測，保證前懸產品的合格率，如圖8所示。檢測機包括升降測量機構、頂升機構、壓緊機構、定位機構。測量時，首先頂升機構把前懸總成頂起，壓緊氣缸將壓緊機構下降壓緊前懸總成，測量機構下降一定高度，兩個測量頭都接觸到減震器支柱，通過傳感器測出兩個測量頭的高度差，測量頭的安裝橫向距離已確定，通過反正切函數可以計算出前懸外傾角的數值。檢測機同時配備了數據追溯系統，能夠對檢測的外傾角數值進行實時顯示和存儲，方便后期的數據追蹤和質量分析。

圖8 外傾角自動檢測機

4 外傾角線外檢測專機

當線上不合格產品下線整改檢測是通過線外檢測專機檢測，對產品進行定期的抽檢也是通過線下外傾角檢測專機進行。線外檢測專機（如圖9所示）是人工操作的，主要由壓緊機構、測量機構、機架、定位機構等組成，功能和原理跟線上檢測機是一致的，也同時配備了數據追溯系統。

圖9 外傾角線外檢測專機

5 電氣設計[3]

采用PLC通過I/O端口控制裝配線的動作及檢測相應產品數據，并通過觸摸屏顯示裝配信息。控制流程如圖10所示，當工位就緒后，各個工位開始相關操作，其中 1#、2#、4#、5# 工位人工操作，3# 工位自動操作，操作完成并且相關參數檢測合格后，各個工位確認放行，等所有工位都確認放行后旋轉裝配臺轉到下一個工位。PLC檢測的產品相關數據都可通過追溯系統存儲與查詢。PLC使用西門子S7-1500，觸摸屏使用的是西門子TP1200精智面板。

圖10 控制流程圖

人機界面由主頁面、產品選擇、夾具狀態、伺服電機、自動運行、暗燈系統構成（如圖11所示），操作人員可通過該界面查詢當前產品信息及裝配信息，可進行手/自動操作。該人機界面實現了生產的目視化，便于對控制系統的維護維修，提高生產效率。

圖11 人機操作界面

裝配線要檢測定值扭力扳手的扭力值、制動軟管的氣密性檢測數值、前懸外傾角等數據，PLC通過讀取相關傳感器的數值并進行計算。追溯系統由VB組態，通過MODBUS TCP通訊協議，將PLC采集到的數據存儲并顯示出來（如圖12所示）。

圖12 數據追溯系統界面

6 設計結果

對設計好的裝配線進行安裝與調試，形成了如圖13所示的實物裝配線。以CN210R產品進行測試，該產品的氣密性泄漏量要求在±100以內，前懸外傾角要求的設計角度為4.4°，誤差在±0.3°以內，測試結果如表2所示，表明裝配線滿足設計要求。按此投入生產后，已取得良好的效果。該裝配線上設計了檢測工位，能夠保證產品的質量，提高生產率，降低生產成本，同時可以兼容多個產品的裝配，提高設備的使用率。產品的關鍵數據可以存儲與查詢，為產品的質量提升提供參考數據。

圖13 裝配線實物圖

表2 測試結果

7 結束語

本文設計了一條5個工位的前懸總成裝配線。該總成裝配線提高了前懸總成的生產效率，保證了前懸總成的質量，能夠對前懸總成關鍵參數進行實時監控與存儲，為后續產品的開發提供數據支持，為相似的生產線的開發設計或者升級改造提供參考，為汽車零配件智能制造生產提供一定的技術借鑒。