汽车车身装配偏差研究分析

贾宝勤

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安，710302）

摘要：针对人们对汽车的装配的要求越来越高，分析了国内外有关汽车装配的研究现状和发展前景，论述了车身装配偏差的方法以及影响车身装配的因素，指出了汽车装配工艺在工业设计生产中具有广泛的应用前景。

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关键词 ：汽车装配；装配偏差；发展前景

作者简介：贾宝勤，男，1956年生，宝鸡岐山人，教授，主要从事塑性成形及模具设计方面的工作。

1 引言

随着科学技术的发展，人们对汽车的装配提出了更高和更多的要求。车身的装配过程大致可以分为四个过程，即PCWR (Place、Clamp、Weld、Release)过程。其中Place代表将两个或两个以上车身零件放在夹具体上：Clamp表示夹具定位夹紧各零件，使之达到焊接装配的名义位置；Weld表示焊接各零件，将各件装配成一体；Release表示夹紧力释放，夹具放松，装配得到的部件进入下一个装配站，在此装配站得到的部件进入下一个装配站与其它零件得到更复杂部件，层层装配最终得到整个车身。事实上，车身结构件及外覆盖件的合理分片及公差分配、零件连接方式、装配顺序、夹具设计等因素都对装配精度有重要影响。由于多工位薄板装配过程中偏差变化复杂，传统的设计主要依赖于经验。因此有必要建立多工位薄板装配偏差流传递的数学模型并在此基础上实现装配过程设计优化，逐步摆脱传统工艺设计对经验的依赖。

2 汽车装配技术的研究现状及发展前景

2.1 研究现状

1990年代初，美国三大汽车公司联合密西根大学开展了著名的“2mm工程”，其指出，在先进制造设备和技术的支持下，2mm尺寸波动已经接近制造过程质量控制的极限，车身质量的进一步提高依赖于车身设计水平的改进。根据Montgomery等人分析，80%的制造问题是由于设计不当造成的，装配过程中大量的尺寸问题都源于设计阶段没有充分考虑装配工艺能力。虽然近年来国外已开始将零件偏差及工艺参数对最终装配尺寸影响的预测分析引入工艺设计阶段，但针对薄板装配过程的尺寸特性分析也大多局限于单工位，对多工位装配过程的偏差变化过程研究较少。而这一技术正是产品工艺设计阶段实现装配偏差仿真和预测、夹具优化设计和公差综合方法的数学基础。

1990年中期，上海交通大学也联合上海汽车集团等企业开展了轿车车身制造质量控制技术研究，分别通过关键产品特征(KPC)和关键控制特征(KCC)的在线检测和离线检测，实现车身制造质量的精确评价，采用多元统计方法分析质量检测数据特征，借助于基于知识工程的模式匹配实现装配偏差源的快速诊断，都取得了显著的效果。上海交通大学车身制造技术中心提出了车身装配虚拟样机的建模框架；上海交通大学田兆青等人针对多工位薄板装配过程，建立了一种新的公差综合方法。通过分析夹具定位偏差与公差的关系，利用偏差流传递的状态空间模型建立了公差综合的约束函数，以制造成本为目标函数，利用Matlab实现了优化的公差综合方法，同时研究了过程损失对产品质量的影响，结果表明，该方法在确保装配质量的前提下，显著降低了制造成本，并提出了复杂薄板产品装配偏差分析模型建模方法，阐述了车身装配偏差源诊断方法，论证了基于状态方程复杂产品多工位装配偏差建模方法。

2.2 发展前景

随着人们生活水平的提高，科学技术越来越发达，对汽车装配的要求越来越高，因此汽车装配技术有很大的发展前景，目前采用机器人在汽车装配中已经被广泛采用。这些“移动机器人”并非人们想象中的有鼻有眼的机器人，外观上像一部普通的机械，实际上却是高度智能化的“装配工”。它作为一种可移动的装配平台，可完成汽车发动机、后桥、油箱等部件的动态自动化装配，从而将工人的双手从装配劳动中解放出来。并且，使用机器人具有故障率低、精度高、可靠性强等优势。如法国雪铁龙公司耐奥装配厂仪表板安装，先将仪表板分装成整体后，再用机器人将仪表板装在驾驶室前面板上，然后自动进行功能检测和校正。车门的安装也是机器人将车门送至车门分装线，待分装好后，再用机器人将其安装到车身上。后悬架安装是机器人将后悬架从下面举起装到车体上，其上配有螺栓自动供应装置和电子扭矩控制仪。还有电子计算机技术、柔性装配线以及模块化装配在生产管理系统中都得到广泛应用。

3 影响车身装配的因素

影响车身装配的因素有很多，其中主要是模具的因素。即要着重考虑坯料在模具中的位置；模具对中的程度，这是由导柱以及导套提供的：模具的抛光程度；模具的材料及刚度；模具的表面处理情况；模具的拉深能力；模具的圆角半径；凸凹模具之间的间隙；模具的擦划伤情况。其次还有冲压的因素，即冲头和压力机的平坦度与平行度；模具的闭合深度：压边力；选用压力机的类型以及其刚度；润滑条件；除此之外也要考虑坯料的因素，主要表现在坯料的尺寸大小：坯料的形状；上料机械的主位置；坯料所处的旋转弯曲或拉平边部状态：坯料的预弯情况；清洗剂类型和用量；最后还有互动的因素，主要是材料的温度：模具的温度以及气候条件等等。由于车身装配的影响因素比较多，为此我们应从降低生产成本等等方面考虑，先要对此进行成形仿真，而薄板冲压成形仿真系统主要有：CAD/CAM软件：UG、CATIA、CADDS、PRO/E；数据加工软件：Tebis；有限元分析软件：Dynaform，Dasys/Ls-DYNA，MSC-marc，autoform等；矢量化软件；I／RASB、I/RASE。焊接特征主要用ANSYS对电阻点焊进行有限元模拟的，其是对点焊热效应对接头变形的影响进行仿真，建立车身零件多焊点装配有限元模型，预测车身零件装配过程中的偏差传递规律。

4 车身装配偏差方法

目前国内外对装配偏差主要采用田口实验法和蒙特卡诺模拟实验法两类。计算机辅助车身公差分析软件主要用MATLAB7.0编程实现蒙特卡洛模拟法和浅性化方法的公差分析；车身装配专用公差分析软件BBA (VAC++编程)；通用公差分析软件VisVSA (UG公司开发的)；DCS公司开发的3DCS(3Dimensional Control System); PTC公司开发的CE/TOL。车身偏差的主要来源是零部件间的干涉（见图1），根据检测的工艺分析，统计工件上的特征类型和数量，设计检测的具体方案，确定检具的结构以及要测量的点，确定工作场地以及检具各部分的材料和加工方式、测量点的位置、夹紧点的位置和数量，以此进行结构分析、进行检具的制造加工，最后进行验收。

5 结语

目前我国的汽车装配工艺水平已经达到飞速的发展，并从中积累了丰富的经验。但是与国外相比仍从在一定的差距，所以我们仍需不断提高，借鉴国外的先进经验以及技术，结合自身的生产特点及技术要求，提高汽车的装配技术。