前懸總成裝配線的設(shè)計(jì)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(yè)學(xué)院，廣西 柳州 545036；2.廣西汽車集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545007）

前懸總成作為汽車一個(gè)重要的零配件，前懸總成的質(zhì)量關(guān)系著整車裝配品質(zhì)，前懸總成的生產(chǎn)效率關(guān)系著整車的生產(chǎn)效率，因此不斷提高前懸總成的生產(chǎn)率，保證前懸總成產(chǎn)品的質(zhì)量，是前懸總成裝配線設(shè)計(jì)開發(fā)需要重點(diǎn)考慮的因素[1]。原有的前懸總成裝配線存在自動(dòng)化程度不高，前懸總成的關(guān)鍵參數(shù)——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(zhì)量，急需開發(fā)一條滿足汽車智能制造高速發(fā)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(dòng)角總成、減震器、制動(dòng)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(jié)構(gòu)

前懸總成的裝配工藝主要是要把前制動(dòng)角總成、減震器、制動(dòng)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(shí)裝配線上必須要考慮前懸的兩個(gè)主要參數(shù)的檢測，一個(gè)是制動(dòng)軟管的氣密性檢測，一個(gè)是前懸外傾角的檢測。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)需要，公司提出的整線生產(chǎn)節(jié)拍設(shè)計(jì)要求為≤78 s/件（≥46JPH）。裝配線設(shè)計(jì)5道工序，各工序內(nèi)容和實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍如表1所示。通過工藝設(shè)計(jì)，考慮瓶頸生產(chǎn)工序，整線實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍為57JPH，滿足公司對節(jié)拍≥46JPH的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)裝配臺(tái)、外傾角線外檢測專機(jī)、料架、電氣控制柜等機(jī)構(gòu)。裝配臺(tái)共設(shè)置了5個(gè)工位，如圖2所示，其中旋轉(zhuǎn)裝配臺(tái)工位1到工位5的工序內(nèi)容和表1的工序（OP10至OP50）一一對應(yīng)，除了自動(dòng)工位3以外，其他四個(gè)工位各配備一名操作人員。

圖2 前懸總成裝配線整體結(jié)構(gòu)

3 旋轉(zhuǎn)裝配臺(tái)

旋轉(zhuǎn)裝配臺(tái)（如圖3所示）是前懸總成裝配線的核心部件，裝配臺(tái)上設(shè)置了5個(gè)工位，主要有旋轉(zhuǎn)臺(tái)、支架、定位機(jī)構(gòu)、外傾角自動(dòng)檢測機(jī)、氣密性檢測儀、條碼打印機(jī)、壓緊機(jī)構(gòu)等組成。整個(gè)裝配臺(tái)由4人/班操作，共設(shè)計(jì)了兩種定位機(jī)構(gòu)，兼容多個(gè)產(chǎn)品。

圖3 前懸總成裝配臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

3.1 定位機(jī)構(gòu)

裝配線上一個(gè)工位設(shè)置了兩種定位機(jī)構(gòu)，兼容兩種產(chǎn)品的裝配。定位機(jī)構(gòu)（如圖4所示）主要包括前制動(dòng)角總成定位塊、減震器V型定位塊、支撐塊、頂升墊塊、調(diào)整機(jī)構(gòu)等。其中前制動(dòng)角總成定位塊和減震器V型定位塊可以根據(jù)不同的前懸總成產(chǎn)品更換，實(shí)現(xiàn)裝配線柔性化生產(chǎn)。

圖4 定位機(jī)構(gòu)

3.2 旋轉(zhuǎn)臺(tái)

旋轉(zhuǎn)臺(tái)（如圖5所示）由伺服電機(jī)帶動(dòng)小齒輪，小齒輪帶動(dòng)大齒輪，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)功能。電機(jī)采用中達(dá)電通ECMA-EA1315SS型號的電機(jī)。為了旋轉(zhuǎn)臺(tái)的精確定位，在轉(zhuǎn)盤上設(shè)置了RFID芯片，在支架上設(shè)置了RFID讀寫頭，如圖6所示。

圖5 旋轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)

圖6 旋轉(zhuǎn)臺(tái)定位

3.3 氣密性檢測

制動(dòng)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(dòng)軟管內(nèi)充入空氣，測量其內(nèi)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(dòng)檢測機(jī)

外傾角自動(dòng)檢測機(jī)是設(shè)置在前懸總成裝配線上的，能夠?qū)η皯彝鈨A角進(jìn)行線上100%檢測，保證前懸產(chǎn)品的合格率，如圖8所示。檢測機(jī)包括升降測量機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。測量時(shí)，首先頂升機(jī)構(gòu)把前懸總成頂起，壓緊氣缸將壓緊機(jī)構(gòu)下降壓緊前懸總成，測量機(jī)構(gòu)下降一定高度，兩個(gè)測量頭都接觸到減震器支柱，通過傳感器測出兩個(gè)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(shù)可以計(jì)算出前懸外傾角的數(shù)值。檢測機(jī)同時(shí)配備了數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)，能夠?qū)z測的外傾角數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，方便后期的數(shù)據(jù)追蹤和質(zhì)量分析。

圖8 外傾角自動(dòng)檢測機(jī)

4 外傾角線外檢測專機(jī)

當(dāng)線上不合格產(chǎn)品下線整改檢測是通過線外檢測專機(jī)檢測，對產(chǎn)品進(jìn)行定期的抽檢也是通過線下外傾角檢測專機(jī)進(jìn)行。線外檢測專機(jī)（如圖9所示）是人工操作的，主要由壓緊機(jī)構(gòu)、測量機(jī)構(gòu)、機(jī)架、定位機(jī)構(gòu)等組成，功能和原理跟線上檢測機(jī)是一致的，也同時(shí)配備了數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)。

圖9 外傾角線外檢測專機(jī)

5 電氣設(shè)計(jì)[3]

采用PLC通過I/O端口控制裝配線的動(dòng)作及檢測相應(yīng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并通過觸摸屏顯示裝配信息。控制流程如圖10所示，當(dāng)工位就緒后，各個(gè)工位開始相關(guān)操作，其中 1#、2#、4#、5# 工位人工操作，3# 工位自動(dòng)操作，操作完成并且相關(guān)參數(shù)檢測合格后，各個(gè)工位確認(rèn)放行，等所有工位都確認(rèn)放行后旋轉(zhuǎn)裝配臺(tái)轉(zhuǎn)到下一個(gè)工位。PLC檢測的產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)都可通過追溯系統(tǒng)存儲(chǔ)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(jī)界面由主頁面、產(chǎn)品選擇、夾具狀態(tài)、伺服電機(jī)、自動(dòng)運(yùn)行、暗燈系統(tǒng)構(gòu)成（如圖11所示），操作人員可通過該界面查詢當(dāng)前產(chǎn)品信息及裝配信息，可進(jìn)行手/自動(dòng)操作。該人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的目視化，便于對控制系統(tǒng)的維護(hù)維修，提高生產(chǎn)效率。

圖11 人機(jī)操作界面

裝配線要檢測定值扭力扳手的扭力值、制動(dòng)軟管的氣密性檢測數(shù)值、前懸外傾角等數(shù)據(jù)，PLC通過讀取相關(guān)傳感器的數(shù)值并進(jìn)行計(jì)算。追溯系統(tǒng)由VB組態(tài)，通過MODBUS TCP通訊協(xié)議，將PLC采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并顯示出來（如圖12所示）。

圖12 數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)界面

6 設(shè)計(jì)結(jié)果

對設(shè)計(jì)好的裝配線進(jìn)行安裝與調(diào)試，形成了如圖13所示的實(shí)物裝配線。以CN210R產(chǎn)品進(jìn)行測試，該產(chǎn)品的氣密性泄漏量要求在±100以內(nèi)，前懸外傾角要求的設(shè)計(jì)角度為4.4°，誤差在±0.3°以內(nèi)，測試結(jié)果如表2所示，表明裝配線滿足設(shè)計(jì)要求。按此投入生產(chǎn)后，已取得良好的效果。該裝配線上設(shè)計(jì)了檢測工位，能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)可以兼容多個(gè)產(chǎn)品的裝配，提高設(shè)備的使用率。產(chǎn)品的關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)與查詢，為產(chǎn)品的質(zhì)量提升提供參考數(shù)據(jù)。

圖13 裝配線實(shí)物圖

表2 測試結(jié)果

7 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一條5個(gè)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(chǎn)效率，保證了前懸總成的質(zhì)量，能夠?qū)η皯铱偝申P(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與存儲(chǔ)，為后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持，為相似的生產(chǎn)線的開發(fā)設(shè)計(jì)或者升級改造提供參考，為汽車零配件智能制造生產(chǎn)提供一定的技術(shù)借鑒。