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(yè)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(zhì)量關系著整車裝配品質(zhì)，前懸總成的生產(chǎn)效率關系著整車的生產(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計開發(fā)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(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(jié)構(gòu)

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(shù)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(jù)生產(chǎn)綱領需要，公司提出的整線生產(chǎn)節(jié)拍設計要求為≤78 s/件（≥46JPH）。裝配線設計5道工序，各工序內(nèi)容和實際生產(chǎn)節(jié)拍如表1所示。通過工藝設計，考慮瓶頸生產(chǎn)工序，整線實際生產(chǎn)節(jié)拍為57JPH，滿足公司對節(jié)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(zhuǎn)裝配臺、外傾角線外檢測專機、料架、電氣控制柜等機構(gòu)。裝配臺共設置了5個工位，如圖2所示，其中旋轉(zhuǎn)裝配臺工位1到工位5的工序內(nèi)容和表1的工序（OP10至OP50）一一對應，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(jié)構(gòu)

3 旋轉(zhuǎn)裝配臺

旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)臺、支架、定位機構(gòu)、外傾角自動檢測機、氣密性檢測儀、條碼打印機、壓緊機構(gòu)等組成。整個裝配臺由4人/班操作，共設計了兩種定位機構(gòu)，兼容多個產(chǎn)品。

圖3 前懸總成裝配臺結(jié)構(gòu)圖

3.1 定位機構(gòu)

裝配線上一個工位設置了兩種定位機構(gòu)，兼容兩種產(chǎn)品的裝配。定位機構(gòu)（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(diào)整機構(gòu)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(jù)不同的前懸總成產(chǎn)品更換，實現(xiàn)裝配線柔性化生產(chǎn)。

圖4 定位機構(gòu)

3.2 旋轉(zhuǎn)臺

旋轉(zhuǎn)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(xiàn)旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動功能。電機采用中達電通ECMA-EA1315SS型號的電機。為了旋轉(zhuǎn)臺的精確定位，在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)

圖6 旋轉(zhuǎn)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(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?qū)η皯彝鈨A角進行線上100%檢測，保證前懸產(chǎn)品的合格率，如圖8所示。檢測機包括升降測量機構(gòu)、頂升機構(gòu)、壓緊機構(gòu)、定位機構(gòu)。測量時，首先頂升機構(gòu)把前懸總成頂起，壓緊氣缸將壓緊機構(gòu)下降壓緊前懸總成，測量機構(gòu)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(shù)可以計算出前懸外傾角的數(shù)值。檢測機同時配備了數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)，能夠?qū)z測的外傾角數(shù)值進行實時顯示和存儲，方便后期的數(shù)據(jù)追蹤和質(zhì)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(chǎn)品下線整改檢測是通過線外檢測專機檢測，對產(chǎn)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(gòu)、測量機構(gòu)、機架、定位機構(gòu)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(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)。

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(chǎn)品數(shù)據(jù)，并通過觸摸屏顯示裝配信息?？刂屏鞒倘鐖D10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(shù)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(zhuǎn)裝配臺轉(zhuǎn)到下一個工位。PLC檢測的產(chǎn)品相關數(shù)據(jù)都可通過追溯系統(tǒng)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(chǎn)品選擇、夾具狀態(tài)、伺服電機、自動運行、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前產(chǎn)品信息及裝配信息，可進行手/自動操作。該人機界面實現(xiàn)了生產(chǎn)的目視化，便于對控制系統(tǒng)的維護維修，提高生產(chǎn)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(shù)值、前懸外傾角等數(shù)據(jù)，PLC通過讀取相關傳感器的數(shù)值并進行計算。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 設計結(jié)果

對設計好的裝配線進行安裝與調(diào)試，形成了如圖13所示的實物裝配線。以CN210R產(chǎn)品進行測試，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計角度為4.4°，誤差在±0.3°以內(nèi)，測試結(jié)果如表2所示，表明裝配線滿足設計要求。按此投入生產(chǎn)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(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，同時可以兼容多個產(chǎn)品的裝配，提高設備的使用率。產(chǎn)品的關鍵數(shù)據(jù)可以存儲與查詢，為產(chǎn)品的質(zhì)量提升提供參考數(shù)據(jù)。

圖13 裝配線實物圖

表2 測試結(jié)果

7 結(jié)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(chǎn)效率，保證了前懸總成的質(zhì)量，能夠?qū)η皯铱偝申P鍵參數(shù)進行實時監(jiān)控與存儲，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)設計或者升級改造提供參考，為汽車零配件智能制造生產(chǎn)提供一定的技術借鑒。