1.1 课题的研究背景和意义
近年来，随着我国国防建设的快速发展，一大批具备国际领先水平的武器装备在军方投入使用，迫切对军工装备运载车辆进行升级换代，第三代重型独立悬架高机动越野车以其优良的机动性、越野性、平顺性等特点得到军方的一致认可和接受，是当前国家重点科研项目之一[2]。桥壳制造工艺系统的评估和监控，国内、外先进汽车制造企业一般都采用国际质量管理体系 TS16949 相关工具模块来实现，桥壳制造则是通过执行五大工具中的 FMEA、控制计划、过程流程图及 SPC 进行过程质量控制，尤其对桥壳特殊特性的加工要素，须采用误差数理统计分析方法进行评估和控制，以此来保证桥壳实物制造和图纸设计具有高度的符合性和一致性。当前，我国大型国有汽车制造企业正处于转型升级阶段，军备制造能力在某种意义上代表了企业的综合实力，能够自主研发一款稳定、可靠的重型独立悬架驱动桥，既是企业生存、发展的需求，更是国防建设的需求。驱动桥是汽车的重要组成部分，重型高机动越野车的核心技术集中体现在独立悬架驱动桥上，它是整车的主要承载和传力件，支撑着货物及车身的全部载荷，其性能直接决定了整车的综合性能，但是，独立悬架驱动桥研发、制造的核心技术掌握在欧、美国家，近年来，国际内知名重卡巨头先后投入大量的资金和技术力量进行了多年的研发，已经有了较大的突破，但研发一款承载大、稳定、可靠、机动性强的越野重卡并交付军方使用[3]，还需经过多项试验和技术评估。
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1.2 国内、外研究现状
刘胜勇[6]以重型汽车的三段式铸铁驱动桥壳中段的加工制造为例，对桥壳主要部位及关键尺寸的加工要点和难点进行了详细的分析论证，对原工艺过程进行改进，制定了理想的加工工艺方案。邓姣[7]以 MPV 车桥桥壳粗、精镗削工序的定位加紧方案为例，建立力学几何模型，估算切削力和 V 型定位加紧状态下的应力平衡关系，分析、计算定位误差，核定液压缸的规格和额定载荷，有效解决了桥壳制造过程的定位加紧失效问题。牛素芳[8]在后桥壳毛坯铸造工艺的设计及实施过程中，采用国际质量管理体系 TS16949 关于产品质量先期策划 APQP、产品潜在失效模式分析 FEMA 等工具实施过程控制，对铸造工艺过程中的关键技术要求进行重点监控，对工艺缺陷改进，实现产品批量制造合格率达到 95%。于冠华,王志强,朱爱丽[9]等分析长、短桥壳的结构特点，通过更换夹具的局部定位件、变更切削刀具等简易操作，实现了短桥壳与长桥壳在同一生产线上兼容加工，降低了制造费用，提高了零件的制造能力。陈湘萍,艾宗良[10]对反勾式压紧结构的工作原理和优点进行了论述，并将反勾式压紧结构成功的应用于桥壳类零件的加工中。沈晔超[11]对某公司当月售后返回的故障桥壳失效形式进行统计、分析，介绍了驱动桥壳一般的高发故障现象，这对工艺开发人员有一定的指导和借鉴意义，通过预先质量策划，将潜在的质量问题预先消除在制造工艺的设计过程中。
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第二章 重卡独立悬架桥壳工艺分析
本次开发的桥壳中段总成主要用于一款 10 吨级，8*8 型高机动军用越野车，该车主要用于军用装备运输、军用装备装载及特种设备运输等领域，是基于重卡单臂独立悬架及中央充放气技术的一款新型高端军用战术车，整车具有极高的机动性、通过性、平顺性、防暴性及维修性能等特点，适合野外、战地等地形恶劣的工况条件行驶。
2.1 重卡独立悬架驱动桥壳介绍
2.1.1 驱动桥总成介绍
该款重型高机动越野车的核心技术主要集中在驱动桥及其悬架系统[23]上，驱动桥是整车的主要承载和传力件，支撑着货物及车身的全部载荷，并将载荷传给左、右车轮，承受牵引力、制动力、侧向力、铅锤力的反作用力及扭矩，再通过悬架系统传给车架。本款驱动桥采用分体式结构，桥壳中段与轮边断开，通过等速万向传动轴连接；轮边采用行星轮减速器，减速比 3.81，轮边齿轮采用磨齿工艺；悬架系统采用单臂独立悬架，大行程螺旋弹簧作为弹性件[24]，由此，轮边可单独上下浮动，浮动行程高达 400mm；车桥轮胎配置自动充放气系统，能够根据地形调节轮胎胎压；整桥速比 5.826/6.274，配置 ABS 防抱死系统，制动系统采用 22.5 英寸盘式制动器。
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2.2 桥壳制造工艺属性分析
独立悬架中桥壳总成是复杂的高精箱体类部件总成，共 137 个孔位加工要素，20 个面位加工要素，各孔、面之间有极高的尺寸和形位精度要求。根据实现需求分析结果，核定工艺系统能力，开发一套具备“高度集成、资源最少、稳定可靠及可持续升级”为特征的工艺方案，对四种桥壳进行工艺相似性类比分析，研究瓶颈工序能力，运用现代化设计理念和先进制造技术完成工艺过程的类似兼容性改进，即满足当前的批量能力又具备可持续升级空间。重型高机动军用越野车是一款向军方提供的招标车[25]，某重汽集团自 2009年 5 月首次引进英国北爱尔兰重型高机动独立悬架技术起，分别于 2009 年、2010年、2012 年、2015 年进行了 4 轮整车试装，爆破试验，在此基础上进行技术消化、创新及升级转化，至 2015 年基于多项技术突破的基础上，第三代具备自主知识产权的 8*8 高机动独立悬架军用越野车整车试跑成功，各项技术参数取得了显著改善，2015 年 8 月，由国军方按照国家军车测试标准对整车性能进行测试，并参与国内重卡巨头关于 8*8 高机动独立悬架军用越野车模拟路况实战 PK，某
重汽集团取得优异成绩。
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第三章 重卡独立悬架桥壳工艺开发.........15
3.1 桥壳集成式柔性化制造工艺研究........ 15
3.1.1 集成式制造工艺研究......... 15
3.1.2 柔性化制造工艺研究......... 17
3.2 关键刀具方案的设计.... 18
3.3 装夹方案的设计.... 25
3.4 设备基本功能参数分析........ 30
3.5 数控程序方案设计........ 30
第四章 重卡独立悬架桥壳工艺能力测试.........34
4.1 工艺装备能力测试........ 34
4.2 工艺制造能力测试........ 35
4.3 工艺能力测试结果分析........ 44
4.4 本章小结........ 45
第五章 重卡独立悬架桥壳质量改进.........46
5.1 桥壳工艺缺陷分析........ 46
5.2 桥壳加工失效形式研究........ 48
5.3 建立误差补偿函数进行质量改进........ 49
5.4 关键质量特性 SPC 质量控制分析....... 61
第五章 重卡独立悬架桥壳质量改进
高机动越野重卡的独立悬架桥壳对制造精度、工艺系统稳定性、设计图纸的制造符合性、功能要素可靠性等要求极高，而且该产品尚处于试制开发阶段，产品不定型，毛坯一致性较差，须通过制造调整补偿毛坯差异性，实际上，这些问题在加工制造领域是普遍存在而又棘手的问题、结合桥壳制造工艺过程，本章介绍几种典型的、有针对性的改进方案。
5.1 桥壳工艺缺陷分析
桥壳失效区改进是针对制造工艺过程出现若干问题或缺陷而进行的改进设计，是在综合分析人、机、料、法、环等五大工程条件基础上探索的一种改良方案，对新产品开发试制加工有普遍的指导意义。下面结合工艺系统出现的几种失效形式来介绍在面对工艺失效问题时，如何进行系统的分析和改进，改进的前提是对产生某种失效现象背后的真因做科学的判断和分析，在此基础上，运行系统的改进方法，采取有针对性的措施才能取得理想的效果。高机动桥壳是一个典型的铸造薄壁箱体类零部件，功能部位密集，结构复杂，铸造难度大，所以，毛坯的结构尺寸一致性差，在加工制造过程中，由于制造的工艺应变适应能力弱，在加工成型后，出现局部功能结构余量欠缺，连接强度不足，对整车的功能可靠性构成影响。其失效区描述如下：四角面是在基准成型工序产生，但转轴孔的粗、精加工是在功能要素成型工序产生，工序间的关联关系不明确，难以做到预见性的消除最终制造缺陷的产生，四角转轴端盖加工后，其分界面不在理想的分界线上，产生优、劣弧面，直接影响装配，间接弱化了链接强度，尤其当四角孔沿着桥壳水平中性面发生平移时，转轴端盖的螺栓连接过度处出现薄壁，影响承载强度。
总结
本文主要进行了如下研究：（1）在 Pro/E 环境下，建立独立悬架驱动桥总成及桥壳总成的立体模型，了解桥壳的结构特点及功能要求，分析市场需求，研究工艺特点、分析桥壳加工工艺的重点和难点。（2）根据独立悬架桥壳工艺特点、重点和难点，制定了中桥壳基本工艺流程，分析了基于桥壳结构差异化、多品种、多状态并存的需求现状，研究柔性工艺流程，分析工艺设计基准、工艺基准、加工阶段及关键工序，设计并测算关键重载切削刀具的扭矩 Mc 及功率 P，核定设备功能参数，设计兼容式装夹方案，校核夹具稳定性，构建基于复合独立工件坐标系的数控程序。（3）测试桥壳小批量制造工艺能力，重点研究、分析工艺缺陷引起的桥壳失效形式，应用误差分布曲线分析图，对误差修正前后工件坐标系关联尺寸误差回归情况进行分析，测试了小批量模式下，桥壳出现的局部孔边余量不足、强度失效、半轴孔、四角转轴孔位置度超差、四角转轴孔喇叭孔等质量缺陷进行真因分析。工艺系统刚性满足情况。（4）针对桥壳质量缺陷及几何精度不足等问题，建立桥壳三维误差补偿函数，对局部质量缺陷进行改进，关键特性 SPC 质量控制图应用及基于 Minitab 数据分析、处理软件的过程能力 CPK 应用，评估工艺系统稳定性，对工艺系统稳定性差的问题，新增精基准工序，以此达到改进工艺流程的目的，二次过程能力指数评估结果满足要求，实现试制工艺向批量生产工艺的切换。
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