车身柔性板件多工位装配公差分配研究及应用

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车身是轿车的重要组成部分,是整个轿车零部件的载体,其重量和制造成本约占整车的40%一60%。轿车车身通常由几百个具有复杂空间曲面的薄板冲压件组成,装配过程复杂,不可避免的存在装配偏差。而如何行之有效的控制和减小车身装配偏差,是车身设计和制造面临的主要问题之一。车身精度主要是指车身零件的尺寸精度、形位精度和装配精度。轿车车身主要由冲压金属薄壁件组成,具有柔性大、刚度小等特点,其装配偏差的分析与公差分配对装配质量有很大影响。现有的装配偏差分析与公差分配研究主要沿用了刚体装配误差理论,不适合柔性薄板件的偏差分析与公差分配。因此,寻求适用于车身柔性薄板件公差分配的方法,对控制车身薄板装配偏差具有重要意义。在单工位柔性薄板件装配偏差分析的基础上,总结和发展了前人的研究,运用有限元法、影响系数法和状态空间法建立了柔性件多工位装配偏差传递模型,结合车身柔性板件的装配特点,进行了基于多目标优化的车身柔性板件公差分配。主要研究工作如下:(1)柔性薄板装配偏差建模分析进行柔性薄板件装配偏差建模分析。研究了柔性薄板件的定位方式和装配过程;研究了通过影响系数法获得敏感度矩阵建立输入偏差和输出偏差之间线性关系的数学原理;并且结合有限元法和影响系数法,综合考虑零件偏差、夹具偏差和焊枪偏差进行柔性薄板装配偏差建模;最后以简单薄板件实例进行了装配偏差分析。(2)柔性薄板多工位装配偏差传递建模在已有研究的基础上,运用有限元法、影响系数法和状态空间法建立了柔性薄板件多工位装配偏差传递模型,该模型建立了输入偏差与输出偏差的线性关系,并且综合考虑了零件偏差、夹具偏差和焊枪偏差对装配偏差的影响。通过对车身薄板零件多工位装配的偏差分析应用,实现了对各测点在不同工位的偏差分析,得出了各测点受工具偏差的影响程度。综合使用该多工位偏差传递模型和蒙特卡罗法进行偏差分析,与直接使用有限元法进行模拟相比,可以大大减少计算量和工作时间。(3)基于成本驱动的公差分配研究及应用建立整体的柔性件多工位装配系统公差分配多目标优化模型,综合考虑产品和工序公差,运用传统的多目标优化方法(上边界法)和多级优化策略,对多目标优化函数进行求解,在工位层级上进行了基于成本驱动的公差分配研究及应用,在不考虑工具偏差和考虑工具偏差两种情况下,对多工位装配各工位的各零件、子部件和最终装配件的分配公差进行了对比。(4)基于夹具配置方案的公差分配多目标优化建立了基于敏感度指数的夹具配置优化设计算法,提出了基于夹具配置方案的公差分配多目标优化方法,综合考虑多工位装配系统的装配质量、成本及鲁棒性,在系统层级上进行了产品和工序公差分配的多目标优化研究及应用。对不同夹具配置的鲁棒性、分配公差和最小成本进行了对比分析。
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