CÔNG NGHỆ LẮP RÁP ÔTÔ 1. Giới thiệu : Việc sản xuất ôtô là một quá trình lắp ráp các tấm kim loại phức tạp theo kết cấu phức hợp của ôtô. Một thân xe trung bình được tạo nên từ 150 -250 tấm kim loại và được lắp ráp trong khoảng 60-1700 trạm làm việc với 1700 đến 2100 các kiểu khác nhau của locator (trụ gá, chốt gá, kềm kẹp) theo [3-3]. Việc thiết kế chính xác đồ gá sẽ giảm được sai số kích thước trong quá trình lắp ráp. 2. Quy tắc đònh vò trong đồ gá lắp ráp và sự khác biệt với đồ gá gia công trong chế tạo máy : 2.1. Nhận dạng một số khác biệt Quy tắc đònh vò và kẹp chặt trong đồ gá lắp ráp có một số khác biệt so với quy tắc đònh vò đồ gá trong chế tạo máy ở các đặc điểm : (1) Các phần cần liên kết gá đặt lên phải chính xác về vò trí tương quan kích thước không chỉ với đồ gá mà còn tương quan với nhau. (2) Các phần gá đặt lên nhau tuỳ theo dạng mối ghép sẽ khống chế bậc tự do theo yêu cầu và chúng khống chế bậc tự do lẫn nhau (lap-to-lap, butt-to-butt, butt-to-lap joins) phân tích ở phần 6.2 (3) Điểm đặc biệt là quy tắc đònh vò N-2-1 là một sự mở rộng thêm cho quy tắc đònh vò 3-2-1 trong chế tạo máy và trong lắp ráp. (4) Đònh vò tại điểm nào, kẹp chặt tại điểm đó bao gồm trong NC blocks 2.2. Quy tắc đònh vò N-2-1 cho các tấm kim loại dễ biến dạng: Quy tắc đònh vò N-2-1 được giáo sư Wayne Cai đưa ra trong tập san khoa học với tựa đề “Deformable Sheet Metal Fixturing : Principles, Algorithms, and Simulation” vào năm 1996. Đối với một sản phẩm được lắp ráp, các nhà thiết kế dụng cụ quyết đònh số lượng, vò trí các khối Nc block và các chốt đònh vò, nói chung đều dựa trên nguyên tắc đònh vò 3-2-1 để đònh vò một vật thể dạng lăng trụ hay một vật thể cứng như hình 1. Hình 1 mô tả đònh vò 6 bậc tự do trong không gian Hay để làm rõ hơn khi ta đònh vò một tấm như hình 2. Với 3 clamp là 3 kềm kẹp khống chế 3 bậc tự do ở mặt đầu tiên, hole là một chốt trụ khống chế 2 bậc tự do ở mặt phẳng thứ hai và slot là chốt trám đònh vò vào lỗ khống chế một bậc tự do ở mặt phẳng thứ ba, tạo cho vật thể bò khống chế 6 bậc tự do hoành chỉnh Hình 2 sơ đồ đònh vò một tấm theo quy tắc 3-2-1 Theo [15-6] do sự thiếu cứng vững của nhiều bộ phận được dập tấm và trong lắp ráp, thường các nhà sản xuất đã vi phạm quy tắc 3-2-1 bằng cách dùng thêm các locator đối với vò trí các phần không ổn đònh, từ đó một phát triển thêm của quy tắc đònh vò dùng trong thép tấm là N-2-1 để giảm sự biến dạng cho các bề mặt. N thể hiện cho số locator từ 3 đến N đònh vò cho bề mặt đầu tiên. Sự ràng buộc thêm này thì khác nhau giữa các nhà sản xuất ví dụ như hình 3 trình bày một mảng được thiết kế giống nhau bởi hai nhà sản xuất, công ty C (company C) dùng đến 10 locator để khống chế, trong khi công ty E dùng đến 20 locators. Hình 3 sự khác nhau về phương pháp đònh vò của cả hai công ty C và E Để tối ưu hoá vấn đề này, trong thực tế sản xuất người ta dùng máy CMM hay OCMM để kiểm tra sai số và có biện pháp điều chỉnh thích hợp. Còn trong phòng thí nghiệm ta có thể dùng máy Scan 3D với đầu dò vẽ lại hình dạng vật thể dạng 3D để có được một tập tin . IGE chứa dữ liệu sau đó đưa vào phần mềm Mechanical Desktop R6 của công ty Autodesk và mô phỏng lại các phương pháp tác dụng lực kẹp, các gối đỡ và dùng phương pháp phần tử hữu hạn cho phần tử dạng tấm để xác đònh độ dòch chuyển tại vò trí các điểm đònh vò của locator và quan sát xem các điểm đó có tiếp xúc tốt không và từ đó đưa ra các biện pháp thêm bớt hoặc điều chỉnh vò trí các locator sao cho tối ưu. Để nhận xét sâu hơn trong quá trình lắp ráp sẽ được nói đến ở phần kế 3. Các thành phần của đồ gá (locators) : Theo [1-83] quá trình lắp ráp thân xe yêu cầu việc đònh vò và kẹp chặt ở mỗi giai đoạn. Đònh vò và kẹp chặt một phần được thực hiện bởi các chốt đònh vò (pins), các khối đònh vò (blocks), và các kềm kẹp chặt (clamps). Các khối đònh vò được chế tạo chính xác bởi các máy CNC nên được gọi là các khối đònh vò NC (NC blocks hay NC locators), hình 4 trình bày một đồ gá mẫu. Số lượng NC locators và pins thì khác nhau trong mỗi đồ gá. Nơi đònh vò của các NC locators phải chính xác và giúp cho việc dùng máy đo kinh vó độ để đo kiểm tra. Trên mỗi NC locator có đặt một điểm tam diện ở một góc của nó. Hệ tọa độ của điểm này có thể được tính toán từ một bộ phận được lắp ráp và các kích thước của NC blocks. Hệ tọa độ này thể hiện cho vò trí của NC blocks nên được dập nổi lên thân NC blocks trong quá trình chế tạo đồ gá . Hình 4 : một đồ gá mẫu Do việc đònh vò trí sai của một yếu tố đồ gá ảnh hưởng đến độ chính xác về hình dạng của các mảng thân xe được lắp ráp, do đó sai số tiêu chuẩn cho NC blocks là ± 0.13 mm và của pins là ± 0.15 mm được qui đònh bởi một công ty sản xuất ôtô. 3.1. Vật liệu của đồ gá : Theo [7-14] do việc ảnh hưởng lớn đến quá trình hàn và yêu cầu tiết kiệm trong yêu cầu sản xuất nên đặt ra những yêu cầu sau : - Không dùng vật liệu như nhôm, bạc, đồng để đònh vò, vì các vật liệu này dẫn nhiệt khá tốt nên làm giảm nhiệt độ tại các mối hàn - Các vật liệu đó cũng dẫn điện lớn nên sẽ gây ra dòng điện rẽ qua các phần khác do đó không thể điều khiển dòng điện hàn theo ý muốn - Vật liệu tốt nhất nên dùng là plastic chòu nhiệt cao mà có thành phần vật liệu ổn đònh về cơ học. Upper electrode : điện cực hàn trên Aluminum Fixture : đồ gá bằng nhôm Multiple weld current paths : nhiều dòng điện rẽ Hình 5 : mô tả dòng điện rẽ Plastic fixture : đồ gá bằng plastic Single weld current path : dòng điện hàn đơn. Copper electrode : điện cực hàn đồng Hình 6 : mô tả dòng điện khi dùng đồ gá bằng plastics 3.2. Phân loại các locator trong đồ gá dùng trong lắp ráp Theo [3-2] các nhà chế tạo đồ gá ngày nay chia các locators thành các dạng sau: (1) Chốt đònh vò 2 hướng (2-way pins) : khống chế 1 bậc tự do trong mặt phẳng thứ (2) Chốt đònh vò 4 hướng (4-way pins): khống chế 2 bậc tự do trong mặt phẳng thứ (3) Chốt có vai (Cross-section of grip locator) : khống chế 3 bậc tự do ở hình 7 Hình 7 Chốt có vai (4) Các Nc locator với kềm kẹp (NC locator with clamp) : khống chế 1 bậc tự do thường dùng trong mặt phẳng đầu tiên. (5) Các Nc locator không có kềm (NC locator without clamp): tương tự Hình 8 : mô tả các kiểu locators Và phần tiếp theo ta sẽ đi vào phân tích tổng hợp các tài liệu trong việc thiết kế đồ gá lắp ráp trước tiên ta phải hiểu biết về các dạng mối hàn lắp ráp trong xe rồi mới xác đònh các phương pháp thiết kế đồ gá. 4. Các dạng mối hàn trong lắp ráp : Theo [3-2] trong việc lắp ráp thân xe, mỗi phần được lắp ráp cấu tạo từ 3 kiểu mối hàn khác nhau như : (1) lap-to-lap joints (hai tấm phẳng đặt lên nhau), (2) butt-to-butt joints (hai phần mép gờ của hai tấm đặt lên nhau), (3) lap-to-butt joints (một phần mép gờ của một tấm đặt lên một tấm phẳng theo hình 9. Và các mối ghép hàn trên một bộ phận của thân xe thực tế như hình 10. Hình 9 : các dạng mối ghép hàn Hình 10 : các mối hàn trên một bộ phận được lắp ráp Mỗi kiểu mối hàn mang một đặc điểm khác nhau và tính chất khác nhau. Lap-to-lap joints có xu hướng cho phép các tấm liên kết trượt lên nhau. Butt-to- butt joints có xu hướng ràng buộc sự di chuyển của hai tấm kim loại. Lap-to- butt joint có xu hướng tổng hợp các đặc điểm trên của hai dạng mối ghép. Theo tài liệu [9] với tựa đề “ A PARAMETRIC STUDY OF JOINT PERFORMANCE IN SHEET METAL ASSEMBLY” của 2 giáo sư S. Jack Hu và S. Charles Liu vào tháng 7 năm 1995 cho ta thấy rõ tác dụng thực tế dựa trên tính toán và phân tích sâu về đặc điểm của các kiểu mối ghép này dẫn đến việc sai số trong lắp ráp cuối cùng có sự đóng góp sai số của các thành phần như hình 11 : (1) hình dạng và vật liệu các tấm, (2) các đònh dạng của đồ gá, (3) sơ đồ lắp ghép, (4) nguồn gốc của sai số, từ sai số trước hay từ sai số dụng cụ Hình 11 mô tả sai số của quá trình lắp ráp Dựa vào phân tích trong tài liệu [9] và hình 11 ta có thể tóm lại như sau : - Lap-to-lap joints thì nhạy với sai số của dụng cụ lắp ghép (máy hàn và đồ gá) khi hai phần có độ dày so với nhau. Sai số của việc điều chỉnh dụng cụ (máy hàn) thì ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước cao trong lắp ráp với mối ghép này. Khi hai phần có độ dày khác nhau thì sai số của phần dày hơn chiếm tỷ lệ lớn hơn trong sai số lắp ráp. - Butt-to-butt joints không nhạy với sai số dụng cụ. Nói cách khác, sai số của các phần, đặc biệt là kích thước các mép gờ thì ảnh hưởng nhất đến sai số lắp ráp với butts joins. - Sai số của mép gờ thì ảnh hưởng đến việc duy trì sự chính xác kích thước cao trong lắp ráp với butt-to-lap joints khi tấm có mép gờ dày hơn tấm phẳng. Tuy nhiên, sai số của dụng cụ (súng hàn) thì ảnh hưởng khi tấm phẳng có kích thước dày hơn. [...].. .Lắp ráp với lap-to-lap joints Lắp ráp với butt-to-butt joints Lắp ráp với butt-to-lap joint Hình 12 mô tả công việc lắp ghép với các kiểu mối hàn Từ đặc tính của các dạng mối hàn ta đề đưa ra các quy tắc và nhận xét trong việc đònh vò và kẹp chặt trong thiết kế đồ gá lắp ghép 5 Phân tích thiết kế công việc đònh vò và kẹp chặt các tấm cho lắp ráp : 5.1 Yêu cầu về việc đònh vò và kẹp chặt trong lắp ráp. .. lập bản vẽ mô phỏng (4) Tính sai số gá đặt của đồ gá, (5) Lắp ráp đồ gá lên sàn phân xưởng và dùng máy đo kinh vó độ để thẩm đònh, (6) Thiết kế và chế tạo đồ gá kiểm tra 7.1 Dùng Robot trong việc lắp ráp : Theo tài liệu [5] sẽ nói rõ về việc ứng dụng Robot trong công nghiệp lắp ráp tô Các dụng cụ kẹp chặt cố đònh chi tiết được thiết kế đặc biệt được gọi là đồ gá thì được cần trong việc lắp ráp các tấm... hai robot để lắp ráp và liên kết các phần với nhau mà không cần dùng đồ gá Khi các phần được thay đổi cho một mẫu xe mới, chỉ phần mềm lập trình cho robot sẽ phải thay đổi Cách đề cập này thì được biết như việc lắp ráp không cần đồ gá bằng rô bốt (RFA) RFA giảm chi phí chế tạo lại dụng cụ lắp ráp đến 80 % Việc đònh vò trí các phần dùng rô bốt có thể đạt dung sai đến 0.1 mm 7.2 Đồ gá lắp ráp tuỳ động... Ta1 không khống chế tấm trượt theo hướng X nên cho phép mối ghép lap-to-lap joints thực hiện theo yêu cầu • Điểm đònh vò locator nên đặt ở gần vò trí hàn để bảo đảm độ cứng vững Và quá trình lắp ráp 3 phần ở hai trạm làm việc để thành sản phẩm hoàn chỉnh theo sơ đồ phân cấp lắp ráp ở hình 14 dẫn đến việc lắp ráp các phần diễn ra ở hình 15,16,17 : Station là trạm làm việc diễn ra quá trình lắp ráp các... phương pháp N-2-1 bằng cách đưa thêm các NC locators vào Hình 17 : Việc lắp ráp ở trạm 2 Thật ra quá trình lắp ráp thân xe phải qua rất nhiều quá trình nhỏ để làm giảm sự phức tạp của quá trình lắp ráp cũng như việc dễ dàng tìm ra sai số mà sẽ được mô tả ở phần tiếp theo 6 Các quá trình thiết kế đồ gá : Quá trình thiết kế đồ gá phải thông qua các bước : (1) Phân tích kỹ các thành phần của BIW từ lớn đến... tấm b Khi hai phần được ráp lại và di chuyển đi đến trạm sau Hình 16 mô tả việc đònh vò khi hai tấm đã được lắp ghép lại với nhau với lưu ý rằng tại Tc3 có một chốt 2-way pin Hình 16 : ở trạm 2 và sơ đồ đònh vò của phần được lắp ráp trước Từ hình 16 ta có thể rút ra nhận xét : • Sơ đồ đònh vò vẫn phải tuân theo quy tắc 3-2-1 • Các vò trí đònh vò của locator trong phần được lắp ráp từ hai tấm nên thừa... trong việc lắp ráp các tấm kim loại trong sản xuất ô tô và máy bay Các đồ gá này dùng để đònh vò các phần dùng cho hàn bấm và tán rivê Do số lượng các tấm kim loại liên quan với nhau lớn, khoảng 300 đến 500 trên một xe tô và ứng với đó thì yêu cầu một số lượng đồ gá tương ứng Khi một mẫu mới được sản xuất, các đồ gá mới phải được thiết kế, chế tạo và lắp đặt trong nhà máy Hoạt động lặp lại này thì rất... ghép hàn, thuộc dạng cấu trúc hay không cấu trúc, chú ý đến các vò trí lỗ Trình tự thực hiện là nghiên cứu kỹ thứ tự lắp ráp các mảng, sau đó nghiên cứu các điểm phải hàn để bố trí lực kẹp rồi mới đến đònh vò bằng chốt (2) Tiến hành tạo nhóm phân cấp HGs : các mảng, các điểm hàn trên các thành phần lắp ráp kẹp chặt va øcác vò trí đònh vò bằng chốt và nơi một trạm lắp ráp được thành lập (3) Chế tạo đồ... đổi mẫu mã để tăng khả năng cạnh tranh nhưng yêu cầu chi phí lắp đặt mới sẽ giảm, kỹ thuật phải đơn giản Hiện nay trên thế giới đang phát triển đồ gá tuỳ động Tại website: http://www.pmargage.com/alufix.htm Hình mô tả đồ gá tuỳ động trong lắp ráp xe Hình mô tả các linh kiện của đồ gá 8 Tiêu chuẩn và dung sai tham khảo Được tham khảo từ công ty AZAutomotive corp Tại trang web : http://www.azautomotive.com/toolingstandards... ráp ở hình 14 dẫn đến việc lắp ráp các phần diễn ra ở hình 15,16,17 : Station là trạm làm việc diễn ra quá trình lắp ráp các phần (part) Hình 14 : sơ đồ phân cấp lắp ráp bên trái và sản phẩm hoàn chỉnh bên phải Butt-to-lap joints Hình 15: lắp ráp ở trạm 1 và các ký hiệu giải thích sự khống chế của các locators theo hướng di chuyển của các phần được liên kết Theo hình 15 các nhận xét được đưa ra : • Đây . CÔNG NGHỆ LẮP RÁP ÔTÔ 1. Giới thiệu : Việc sản xuất tô là một quá trình lắp ráp các tấm kim loại phức tạp theo kết cấu phức hợp của tô. Một thân xe trung bình được. khi tấm phẳng có kích thước dày hơn. Lắp ráp với lap-to-lap joints Lắp ráp với butt-to-butt joints Lắp ráp với butt-to-lap joint Hình 12 mô tả công việc lắp ghép với các kiểu mối hàn Từ đặc tính. chế tạo đồ gá kiểm tra. 7.1. Dùng Robot trong việc lắp ráp : Theo tài liệu [5] sẽ nói rõ về việc ứng dụng Robot trong công nghiệp lắp ráp tô. Các dụng cụ kẹp chặt cố đònh chi tiết được thiết