乘用車底盤動(dòng)總合裝工藝的研究

摘 要：乘用車的底盤動(dòng)總合裝作為總裝車間的一道關(guān)鍵工序，不僅代表著總裝裝配的工藝水平，還象征著總裝裝配的自動(dòng)化程度。通過對眾多主機(jī)廠總裝產(chǎn)線的調(diào)研以及與工程技術(shù)人員交流，發(fā)現(xiàn)乘用車的底盤動(dòng)總合裝技術(shù)大都采用自裝、半自動(dòng)合裝以及全自動(dòng)合裝三種，但在裝配過程中仍然存在著裝配痛點(diǎn)。主要分享個(gè)人對底盤動(dòng)總合裝工藝的了解，分享底盤動(dòng)總分裝總成模塊化組成以及底盤動(dòng)總分合夾具的設(shè)計(jì)，最后介紹底盤動(dòng)總合裝過程中存在的痛點(diǎn)以及工藝解決方法。

關(guān)鍵詞：底盤動(dòng)總分裝總成；底盤動(dòng)總分裝夾具；底盤動(dòng)總合裝工藝；工藝裝配痛點(diǎn)

目前很多乘用車制造主機(jī)廠的底盤動(dòng)總合裝基本采用自裝、半自動(dòng)合裝及全自動(dòng)合裝三種裝配方法，但無論是自裝還是自動(dòng)合裝，在合裝過程中會(huì)遇到一些裝配痛點(diǎn)，這些痛點(diǎn)來源于零部件自身精度、工裝夾具的制作精度、零部件與夾具配合精度、零部件配合尺寸鏈以及裝配過程的位置度等等，隨著零部件成熟度的提升，裝配痛點(diǎn)逐漸向工藝轉(zhuǎn)移，所以，本文主要分享怎樣規(guī)避底盤動(dòng)總合裝裝配過程中的一些痛點(diǎn)。

底盤動(dòng)總合裝的模塊化介紹

1. 動(dòng)總分裝模塊化組成

乘用車的動(dòng)總模塊化分裝過程，一般是采用流水線的形式將動(dòng)總與其他零部件分裝后模塊化上線，分裝線體基本都是采用輥道線、板鏈線或者AGV循環(huán)線，分裝內(nèi)容包含發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、變速器系統(tǒng)、懸置系統(tǒng)、線束系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)等，主要零部件為發(fā)動(dòng)機(jī)總成、變速器總成、左懸置支架總成、發(fā)動(dòng)機(jī)電噴線束總成、起動(dòng)機(jī)分裝總成、部分冷卻水管、進(jìn)氣軟管總成、中冷管總成、預(yù)催化轉(zhuǎn)化器總成以及其他附件，這些零部件經(jīng)過先期工藝分析排布工藝流程，規(guī)劃至動(dòng)總分裝線合理工位進(jìn)行分裝，最終實(shí)現(xiàn)所有零部件的分裝過程。

2. 底盤動(dòng)總分裝模塊化組成

底盤動(dòng)總分裝總成模塊化就是將動(dòng)總分裝總成與前懸架系統(tǒng)按設(shè)計(jì)要求有精度地組合在一起，包含前副車架分裝總成、動(dòng)總分裝總成、前滑柱與制動(dòng)器分裝總成，形成一個(gè)大的模塊，然后將這個(gè)模塊與車身能夠直接裝配。

底盤動(dòng)總分裝總成零部件之間的尺寸鏈和相對位置度必須滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，整體精度偏差≤0.5mm，高端產(chǎn)品精度要求更高，所以零部件之間的尺寸精度必須通過工裝夾具來控制，否則尺寸鏈的累積公差會(huì)導(dǎo)致動(dòng)總與車身合裝困難。動(dòng)總與前懸架系統(tǒng)最直接的連接件是后懸置以及驅(qū)動(dòng)軸總成，控制著動(dòng)總與前懸懸架系統(tǒng)之間的位置度，如圖1所示。

3. 底盤動(dòng)總支撐夾具的介紹

通常情況下副車架是直接與車身相連且安裝面水平，那么在夾具設(shè)計(jì)時(shí)將副車架上的主副工藝孔作為夾具的基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)計(jì)夾具主副定位銷，然后通過基準(zhǔn)點(diǎn)延伸出副車架的其他輔助支撐位置，保證副車架在夾具上的精度以及位置度，通常夾具的定位銷設(shè)計(jì)尺寸d比副車架的工藝孔d小0.2mm甚至更小。以副車架定位銷支撐為設(shè)計(jì)基點(diǎn)，通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)各零部件的相對位置度延伸設(shè)計(jì)動(dòng)總的支撐夾具、懸掛系統(tǒng)的支撐夾具，底盤動(dòng)總支撐托盤主要由Babs板、副車架支撐夾具、前滑柱支撐夾具、制動(dòng)器支撐夾具以及動(dòng)力總成支撐夾具等模塊組成，在夾具設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)根據(jù)各零部件的相對位置將支撐夾具設(shè)計(jì)在Base板的各個(gè)區(qū)域。

通常工廠的底盤動(dòng)總分裝托盤本體單一，針對不同車型對夾具進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)，通過將夾具在分裝托盤上進(jìn)行快速切換的方式來實(shí)現(xiàn)不同車型的共線生，當(dāng)然有些廠區(qū)也會(huì)修建托盤庫，通過MES系統(tǒng)隊(duì)列信息自動(dòng)推送對應(yīng)車型的分裝托盤，但成本會(huì)很高?？鞊Q式夾具有很多種，包含了扳倒類、插拔類等，但base板上無法設(shè)計(jì)過多的扳倒銷，適用于車型較少的工廠，插拔類是通過快取快換的方式進(jìn)行車型夾具切換，兼容性強(qiáng)，但浪費(fèi)工時(shí)，但車型較多的也只能采取這種方式，比如奇瑞的插片式支撐夾具，這種夾具主要由夾板、鋁板本體、支撐桿、鎖桿組成，通過將夾具支撐集成在鋁板上，通過切換插片夾具的方式來實(shí)現(xiàn)快換車型。

4. 底盤動(dòng)總分裝總成與分裝托盤配合

底盤總成模塊化是動(dòng)力總成分裝的重要一環(huán)，但是要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，則需要一個(gè)高精度的動(dòng)總合裝夾具來保證，底盤動(dòng)總模塊化總成在分裝托盤上的姿態(tài)以及定位精度必須符合設(shè)計(jì)要求，將總成位置度偏差控制在0.5mm以內(nèi)。底盤總成模塊一般是先將副車架放置在動(dòng)總合裝托盤上進(jìn)行定位，再將動(dòng)總分裝模塊整體放置在分裝托盤，最后將底盤模塊與動(dòng)總模塊通過關(guān)聯(lián)件進(jìn)行銜接，以分裝托盤為載體構(gòu)成底盤動(dòng)總模塊化，然后將模塊化總成輸送至合裝AGV機(jī)器人，如圖2所示。

通常副車架定位銷與副車架定位工藝孔配合間隙在0.1～0.2mm，動(dòng)總支撐夾具的定位銷與動(dòng)總定位工藝孔配合間隙在0.2～0.5mm，根據(jù)動(dòng)總與車身連接點(diǎn)螺栓配合間隙來設(shè)計(jì)公差范圍，一般設(shè)計(jì)2個(gè)定位支撐，2個(gè)輔助支撐，不僅保證零部件的配合精度，還要保證零部件放置在夾具上的便捷性。

動(dòng)總合裝托盤夾具有個(gè)很重要的控制點(diǎn)就是制動(dòng)器支撐夾具，因?yàn)榍盎囱b車前是處于自然狀態(tài)，所以尺寸較長，因此在夾具設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮支撐高度，保證合裝過程中彈簧彈力所帶來了負(fù)面影響。對于不同的車型的支撐高度設(shè)計(jì)是不一樣的，因此必須進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)，通常制動(dòng)器支撐位置采用彈性支撐，根據(jù)制動(dòng)器和前滑柱的質(zhì)量來調(diào)整制動(dòng)器下降的高度，如采用彈簧片或者氣彈簧來控制夾具支撐高度。

底盤動(dòng)總模塊化合裝工藝

1.底盤動(dòng)總模塊化裝配工藝介紹

底盤動(dòng)總合裝是體現(xiàn)主機(jī)廠底盤工段的工藝水平，底盤動(dòng)總模塊化合裝自動(dòng)化水平越高，說明產(chǎn)品的制造精度以及夾具加工精度就越高。目前底盤動(dòng)總模塊化合裝大致分為三種，分別是AGV人工裝配、半自動(dòng)化合裝及全自動(dòng)化合裝，AGV人工裝配比較傳統(tǒng)，AGV機(jī)器人與線體隨行，員工通過操作AGV舉升動(dòng)總合裝托盤進(jìn)行安裝孔對孔緊固標(biāo)件，半自動(dòng)裝配通常是一體式合裝，將前后軸、動(dòng)力總成、排氣總成、燃油總成等部件布置在合裝AGV上的托盤夾具上，一體式舉升，使所有底盤模塊化部件的安裝孔自動(dòng)與車身安裝孔進(jìn)行預(yù)對孔進(jìn)行裝配。全自動(dòng)化合裝相當(dāng)于半自動(dòng)化合裝的升級(jí)，只不過所有的裝配過程不需要人工操作，所有過程均是機(jī)器人智能操作完成，包含螺栓的緊固，其實(shí)三種裝配方式原理都是一樣的，公司會(huì)依據(jù)開發(fā)成本來進(jìn)行選擇。

傳統(tǒng)式AGV合裝工藝中半自動(dòng)合裝和自動(dòng)合裝均是由傳統(tǒng)式裝配升級(jí)而來，傳統(tǒng)式合裝工藝通常是以合裝AGV作為媒介搭載底盤動(dòng)總分裝模塊化總成，通過人員操作AGV來實(shí)現(xiàn)合裝工藝。由于前滑柱裝配前處于自然狀態(tài)，通常比整備狀態(tài)長100mm左右，若前滑柱在裝配前不進(jìn)行彈簧壓縮，那么分裝模塊在AGV托盤的舉升過程必然是前滑柱與車身先接觸，也迫使前滑柱總成安裝螺柱先與車身安裝孔配合。當(dāng)前滑柱安裝螺柱與車身安裝孔配合到位后，繼續(xù)舉升AGV托盤，使得前滑柱彈簧進(jìn)行壓縮，當(dāng)彈簧壓縮到一定程度時(shí)，動(dòng)力總成上的安裝螺柱與車身上的懸置軟墊安裝孔配合，最后才是副車架在托盤的舉升過程中與車身安裝孔配合，整個(gè)裝配過程也是尺寸鏈的體現(xiàn)，所以從裝配精度上控制住每一個(gè)裝配環(huán)節(jié)，模擬裝配過程，才能將動(dòng)總合裝便捷化。

2. 底盤動(dòng)總模塊化合裝的痛點(diǎn)

底盤動(dòng)總合裝是循序漸進(jìn)的過程，整個(gè)裝配過程要點(diǎn)就是保證各個(gè)安裝點(diǎn)的相對位置度符合設(shè)計(jì)要求，保證每個(gè)裝配點(diǎn)與車身接觸時(shí)不受其他裝配點(diǎn)影響，重點(diǎn)就是抓住裝配過程中的變量，通過控制變量來保證合裝過程。

由于前滑柱總成裝配前保持著自然狀態(tài)，所以整體長度比整備狀態(tài)的要長100mm左右，若將滑柱彈簧視為硬件，無法被壓縮，那么裝配過程車身會(huì)被滑柱頂起100mm，而副車架以及動(dòng)總與車身安裝面間隙差了100mm左右，無法打造裝配要求，所以滑柱彈簧的壓縮量決定了副車架以及動(dòng)總與車身安裝的配合間隙，若彈簧壓縮量不足，動(dòng)總以及副車架無法與連接面貼合。在彈簧剛度不變的前提下，車身質(zhì)量則是影響彈簧變量的直接因素，若車身越重，壓縮量自然也越大，相反，壓縮量則越小，配合間隙達(dá)不到螺栓安裝要求。若只靠車身的質(zhì)量將彈簧進(jìn)行壓縮是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的，因?yàn)檐囕v整備狀態(tài)可以整車的質(zhì)量來壓縮前滑柱的彈簧，而底盤動(dòng)總合裝過程中壓縮彈簧的質(zhì)量只是車身加上合裝前裝配件的質(zhì)量，是遠(yuǎn)沒有整備質(zhì)量大的，所以彈簧的壓縮量還是很小，裝配過程副車架以及動(dòng)總與車身安裝平面的間隙還是不滿足標(biāo)件裝配要求，此時(shí)前滑柱的裝配位置度高出了合裝時(shí)彈簧的壓縮量減去整備狀態(tài)下彈簧的壓縮量差值，所以，只要將差值變?yōu)橼吔诹?，前滑柱的裝配位置度就滿足了設(shè)計(jì)要求，合裝問題也就能解決，底盤動(dòng)總合裝安裝如圖3所示。

通過以上對底盤動(dòng)總合裝工藝的介紹，大致了解了底盤動(dòng)總分裝總成的組成、底盤動(dòng)總分合裝夾具的結(jié)構(gòu)以及底盤動(dòng)總合裝的工藝方法，明白了底盤動(dòng)總合裝的關(guān)鍵點(diǎn)和裝配痛點(diǎn)，同時(shí)也知曉了怎樣通過工藝手段來規(guī)避合裝過程中的裝配痛點(diǎn)，相信在以后工作中遇到類似的問題，大家也能運(yùn)用工藝手段去解決規(guī)避，在這里也希望底盤動(dòng)總合裝工藝在汽車制造工程技術(shù)方面會(huì)有更多的創(chuàng)新和突破。

前懸掛是由前滑柱和前制動(dòng)器分裝組成的，前制動(dòng)器連接在副車架前控制臂上的，而控制臂結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)是由襯套組成，存在Z向變量，在車輛行駛過程中，控制臂根據(jù)車況通過襯套上下擺動(dòng)解決行駛穩(wěn)定問題，那么在底盤動(dòng)總合裝過程中，若控制臂下方?jīng)]有支撐，控制臂受力則會(huì)向下擺動(dòng)，提供余量，那么從夾具上我們可以將控制臂位置支撐改為彈性支撐，如彈簧片支撐或者氣撐桿支撐，在動(dòng)總合裝過程中，前滑柱受車身質(zhì)量下壓，將壓力傳遞給控制臂，控制臂受力向下擺動(dòng)，擺動(dòng)下擺至極限時(shí)停止，彈簧受力壓縮，這樣前滑柱下降的高度加上彈簧壓縮量就能滿足裝配位置度。

前滑柱上安裝平面與車身接觸后，繼續(xù)舉升與車身產(chǎn)生力，車身反壓前滑柱與制動(dòng)器分裝總成，分裝總成反壓控制臂支撐銷，支撐銷反壓彈簧塊，彈簧塊受力向下變形，當(dāng)彈簧塊下降至最低處時(shí)，若為只讀還沒不滿足要求，則滑柱彈簧壓縮，直至動(dòng)總與副車架安裝點(diǎn)與車身配合到位。

3. 改善底盤動(dòng)總合裝的工藝要求

通常改善底盤動(dòng)總合裝的方式就是優(yōu)化工裝夾具，保證裝配精度。零部件裝配的定位有兩種方式，一種是零部件自定位，另一種是工裝夾具定位。自定位是在零部件設(shè)計(jì)時(shí)就設(shè)計(jì)了自定位結(jié)構(gòu)，比如定位銷或者限位槽等，采用自定位的方式進(jìn)行裝配不僅可以精準(zhǔn)的定位零部件，還可以減少定位輔具的開發(fā)，缺點(diǎn)就是零部件開發(fā)成本偏高。工裝夾具定位是通過開發(fā)工裝夾具來控制零部件的六向自由度，保證零部件的定位精度以及位置度，所以工裝夾具的精度要高于零部件安裝孔的精度，雖然降低了零部件開發(fā)成本，但是增加了制造成本。

底盤動(dòng)總合裝也是采用零部件自定位以及工裝夾具定位兩種方式來進(jìn)行裝配。底盤動(dòng)總分裝總成是將懸架系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)組合在一起的，這些零部件都是汽車的關(guān)鍵件，若尺寸偏差過大直接影響汽車行駛的穩(wěn)定性，特別是懸架系統(tǒng)，裝配精度偏差過大無法滿足四輪定位要求。因此，在零部件設(shè)計(jì)時(shí)通常在副車架安裝孔旁設(shè)計(jì)定位銷，車身設(shè)計(jì)定位孔，通過控制副車架的裝配精度來保證底盤動(dòng)總分裝總成的整體裝配精度，定位銷與定位孔單邊間隙≤0.1mm。然而，現(xiàn)在很多主機(jī)廠動(dòng)總合裝自動(dòng)化程度逐漸提高，零部件不再設(shè)計(jì)定位機(jī)構(gòu)，而是通過設(shè)計(jì)工裝夾具來保證，通過控制底盤動(dòng)總分裝總成在夾具上的精度、工裝夾具與車身的配合精度來實(shí)現(xiàn)合裝過程，所以在項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析階段就要給研發(fā)提出工藝孔的設(shè)計(jì)想法，盡量在保證現(xiàn)有工裝夾具的前提下讓研發(fā)新開工藝孔，而工裝夾具會(huì)設(shè)計(jì)Z向伸縮定位銷，工藝孔一般會(huì)開一組或者兩組，具體根據(jù)產(chǎn)品線的裝配模式來設(shè)計(jì)，在底盤動(dòng)總分裝總成與車身的合裝過程中則先將工裝夾具上的定位銷與車身配合，使整個(gè)分裝總成的裝配位置度與設(shè)計(jì)裝配一致進(jìn)行合裝，工裝夾具定位銷如圖4所示。

所以，無論是采用零部件自定位裝配還是采用工裝夾具定位來裝配，只要能通過定位機(jī)構(gòu)來保證整個(gè)分裝總成與車身的相對位置度符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸鏈要求，就能滿足合裝要求。

結(jié)語

通過以上對底盤動(dòng)總合裝工藝的介紹，大致了解了底盤動(dòng)總分裝總成的組成、底盤動(dòng)總分合裝夾具的結(jié)構(gòu)以及底盤動(dòng)總合裝的工藝方法，明白了底盤動(dòng)總合裝的關(guān)鍵點(diǎn)和裝配痛點(diǎn)，同時(shí)也知曉了怎樣通過工藝手段來規(guī)避合裝過程中的裝配痛點(diǎn)，相信在以后工作中遇到類似的問題，大家也能運(yùn)用工藝手段去解決規(guī)避，在這里也希望底盤動(dòng)總合裝工藝在汽車制造工程技術(shù)方面會(huì)有更多的創(chuàng)新和突破。