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

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

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 :

• Các chi tiết và kết cấu hàn không lớn, hình dáng đơn giản phải đònh vò vững
chắc trên đồ gá lắp hàn. Tiến hành hàn liên tiếp các điểm từ giữa ra tới
mép và từ các điểm có độ cứng vững cao đến các vò trí kém cứng vững hoặc
hàn đồng thời các điểm bằng phương pháp hàn nhiều điểm.
• Các lỗ được dập khá chính xác trên thân xe nên được dùng rộng rãi trong
việc đònh vò bằng chốt trụ (4-way pins) và chốt trám (2-way pins) và lưu ý
phải đặt phương của chốt vuông góc với mặt phẳng chức lỗ cần đònh vò.
5.2. Các nhận xét rút ra từ việc mô phỏng sơ đồ gá đặt trong việc lắp ghép
các phần theo yêu cầu :
Các sơ đồ rút ra từ tài liệu [3-4] của giáo sư D. Ceglarek như sau :
Đònh vò cho lap-to-lap joints :
T
a
I : ký hiệu cho locator của phần a và I thể hiện cho số thứ tự locator
T
b
I : tương tự
Hình 13 :lap-to-lap joints
• Dựa trên sơ đồ ta thấy đây là mối ghép hàn dạng lap-to-lap joints cho phép
hai tấm trượt lên nhau.
• Tuân theo sơ đồ đònh vò 3-2-1 hoàn hảo với : 3 locator khống chế 3 bậc tự
do, chốt tại T
a
2 khống chế 2 bật tự do và chốt tại T
a
1 khống chế 1 bậc tự do.
• Do chốt T
a
1 không khống chế tấm trượt theo hướng X nên cho phép mối
ghép lap-to-lap joints thực hiện theo yêu cầu

Butt-to-butt joints
Từ hai dạng mối ghép này ta suy ra đối với mối ghép butt-to-butt joints thì
ta sẽ tiến hành đònh vò như 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 T
c
3 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 kế
lại sơ đồ vò trí đònh vò mỗi tấm thành phần. Nhưng phải loại đi những locator
gây siêu đònh vò trong quy tắc 3-2-1
Và cuối cùng ở hình 17 ta thấy tấm c hoàn toàn thỏa mản quy tắc đònh vò 3-
2-1. thoả mãnTại T
c
1, T
c
2, T
c
4 và T
c
5 các NC locators bao gồm kềm, các chốt
T
c
7 và T
c
6 là 2-way pins


ráp ôtô. 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 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 ôtô 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 hao tốn. Một cách giải quyết
hợp lý tiên tiến cho vấn đề này là dùng 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
Ngày nay do vấn đề đặt ra là cần phải nhanh chóng thay 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