轎車車身制造精度的研究

摘要：論文以轎車車身制造精度控制為研究課題，首先從車身外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)入手，闡述了車身精度控制理論（即定位參考點(diǎn)系統(tǒng)，RPS），其次系統(tǒng)分析了車身制造精度的影響因素，最后通過對(duì)前后門間隙尺寸實(shí)際檢測(cè)，提出了車身尺寸精度控制分析方法與解決方案。

關(guān)鍵詞：車身；制造 ;尺寸精度；控制；定位點(diǎn)參考系統(tǒng)。

Research on car body manufacturing precision

Abstract: Papers on car body manufacturing accuracy control as the research subject, first of all, from the perspective of the body appearance quality evaluation standard, this paper expounds the accuracy of car body control theory (reference point system, RPS), followed by systematic analysis of the influence factors of automobile body manufacturing precision, finally through to the front and the back door gap size actual testing, body size accuracy control analysis method is proposed and the solution.

1.引 言

目前，我國(guó)汽車制造業(yè)正處在快速發(fā)展過程中，發(fā)展的勢(shì)頭良好。盡管國(guó)產(chǎn)汽車的制造精度和性能還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)與完善，但只要我國(guó)汽車制造業(yè)能腳踏實(shí)地，立足于技術(shù)基礎(chǔ)，就一定能從制造技術(shù)與手段上縮短與國(guó)外汽車制造之間的差距，才能從綜合性能方面趕超國(guó)外汽車工業(yè)的發(fā)展。

本文以國(guó)產(chǎn)轎車車身制造精度為研究課題，旨在能夠通過此課題的研究，提高國(guó)產(chǎn)轎車車身制造精度，尤其是提高國(guó)產(chǎn)自主品牌車身制造精度，以期達(dá)到全面提升國(guó)產(chǎn)轎車綜合性能之目的。

由于日本、歐洲和美國(guó)早在二十世紀(jì)九十年代，就能夠使其品牌產(chǎn)品的車身制造綜合偏差控制在2mm以內(nèi)，尤其是日本汽車工業(yè)車身制造精度竟達(dá)到±1.0mm，而我國(guó)目前自主品牌的汽車車身制造精度還有一定的差距，因此提高我國(guó)轎車車身制造精度迫在眉睫。

2.車身外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

汽車在當(dāng)今社會(huì)不僅僅是一種交通工具，它更是一種文明的體現(xiàn)，它是科技和藝術(shù)的結(jié)合體。據(jù)2010年J.D.PROW的調(diào)研報(bào)告來看，汽車車身造型和外觀已占購(gòu)買原因的19%。隨著我國(guó)汽車市場(chǎng)的逐漸成熟，汽車的性能得到保證，汽車的外觀質(zhì)量將成為最重要產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

車的外觀質(zhì)量，主要是指汽車的造型，汽車的外觀可見縫隙的大小及均勻度，臺(tái)階差?？p隙的大小在下文稱為間隙／GAP，臺(tái)階差稱為平度／FLUSH。

目前，車身外觀質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要采用尺寸工程技術(shù)規(guī)格，即所謂的DTS設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（ Dimentional Technical Specification），該標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的項(xiàng)目較多，包括間隙、平度、R角尺寸大小及公差等內(nèi)容。

3.車身精度控制理論

轎車車身精度控制主要還是依靠采用定位參考點(diǎn)系統(tǒng)（Reference Point System，簡(jiǎn)稱RPS）。定位參考點(diǎn)系統(tǒng)是以轎車車身在產(chǎn)品建?；蛉鴺?biāo)測(cè)量時(shí)所采用的坐標(biāo)系作為設(shè)計(jì)坐標(biāo)系，所有的相關(guān)零部件的相關(guān)數(shù)據(jù)均來自于該坐標(biāo)來。

RPS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）實(shí)現(xiàn)精確的坐標(biāo)控制；

（2）提高了部件的制造精度；

（3）裝配精度高，質(zhì)量穩(wěn)定性有保證。

RPS系統(tǒng)定位原則如下：

N-2-1 規(guī)則：一個(gè)剛體的平行移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)共有6 個(gè)自由度。限制其6 個(gè)自由度（X,Y,Z方向的移動(dòng),繞X,Y,Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)度），剛體才能保持平衡。按照3-2-1 規(guī)則，保持剛體平衡狀態(tài)需要6 個(gè)定位點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 六個(gè)自由度與RPS示例

坐標(biāo)系平移法則：在圖1中的X、Y、Z三個(gè)軸線自由度方向上平行移動(dòng)，以便于在測(cè)量或加工時(shí)，調(diào)整的零部件不平移如圖2所示。

圖2 坐標(biāo)平移法則

統(tǒng)一性法則：指設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)（包括制造基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)等）的統(tǒng)一。

由此觀之，N-2-1 規(guī)則、坐標(biāo)平移法則、統(tǒng)一性法則這三大原則，已成為轎車車身定位的理論基石。

4.車身精度的影響因素

從轎車車身制造工藝來看，目前轎車制造的技術(shù)主要包括：沖壓、焊接、涂裝和總裝四個(gè)方面。其中，影響車身精度的主要因素主要集中體現(xiàn)在沖壓與焊接兩個(gè)方面。

汽車零部件主要是沖壓件，沖壓已成為汽車制造的重要加工工藝方法。沖壓質(zhì)量與沖壓效果主要受工、量器具精度以及模具制造精度等因素影響。

沖壓精度不高將直接導(dǎo)致沖壓件的質(zhì)量與性能，具體表現(xiàn)為：翻邊不良、沖裂、回彈、褶皺及毛刺等缺陷。這些缺陷對(duì)夾具定位銷或定位面的定位造成直接影響，進(jìn)而影響車身尺寸的制造精度。

此外，焊接也是轎車車身重要加工工藝之一。目前車身焊接主要還是以點(diǎn)焊為主，究其原因主要是點(diǎn)焊加工成本低廉，因此市場(chǎng)上占有份額依然很大。

影響焊接精度的因素較多，如：夾具加工公差、零件加工公差、零件裝配公差以及焊接變形公差等，這些公差的累計(jì)會(huì)直接影響到焊接的質(zhì)量。此外焊接夾具設(shè)計(jì)合理性與規(guī)法操作也能夠造成對(duì)焊接質(zhì)量的影響。

5.前門與后門間隙尺寸分析

下面，通過對(duì)某汽車公司車身前面與后門間隙尺寸進(jìn)行了實(shí)際的檢測(cè)，借助于尺寸鏈圖及相關(guān)分析工具，對(duì)在使用裝具和不使用裝具兩種情況進(jìn)行了測(cè)評(píng)。

（1）裝門時(shí)不使用裝具情況下的檢測(cè)結(jié)果分析

前門與后門間隙尺寸鏈如圖3所示，分析檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：

L1——鉸鏈安裝孔到安裝面距離，公差±1.0mm；

L2——鉸鏈安裝面到后門內(nèi)板邊距，公差±0.5mm；

L3——門內(nèi)板與后門外板壓合間隙，公差±1.0mm；

L4——側(cè)圍鉸鏈孔到側(cè)圍棱線距離，公差±1.0mm；

L5——側(cè)圍后定位孔到后門外板棱線距離，公差±0.5mm；

L6——后門外板棱線到側(cè)圍棱線間隙，公差±1.0mm。

圖3 前門與后門尺寸鏈1

根據(jù)封閉環(huán)公差計(jì)算，可得出L5的3σ為±1.87mm，超出±1.0mm的公差，理論合格率為89.12%。合格率不能滿足生產(chǎn)需要，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)分析圖1

（2）裝門時(shí)使用裝具情況下的檢測(cè)結(jié)果分析

前門與后門間隙尺寸鏈如圖5所示。

圖5 前門與后門尺寸鏈2

圖6 數(shù)據(jù)分析圖2

分析檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：

L1——側(cè)圍前定位孔到前門外板棱線距離，公差±0.5mm；

L2——側(cè)圍前定位孔到側(cè)圍后定位孔距離，公差±1.0mm；

L3——側(cè)圍后定位孔到后門外板棱線距離，公差±0.5mm；

L4——前門外板棱線與后門外板棱線距離，公差±1.0mm。

根據(jù)封閉環(huán)公差計(jì)算，可得出L5的3σ為±1.87mm，超出±1.0mm的公差，理論合格率為89.12%。合格率不能滿足生產(chǎn)需要，如圖6所示。

6.結(jié)論

綜上所述，通過提高轎車車身制造精度來改進(jìn)轎車的外觀表面質(zhì)量是切實(shí)可行的，尤其對(duì)處在發(fā)展初期的中國(guó)轎車尤為必要。但實(shí)踐證明，走這一條路不僅需要時(shí)間和財(cái)力，更需要的是技術(shù)。

技術(shù)方面要走兩條路線，一是注重理論方面的研究，突破傳統(tǒng)的研究方法，全面認(rèn)清影響車身制造精度的因素，并找到切實(shí)可行的解決方案；二是加大投入，改善工作環(huán)境與檢測(cè)手段，提高車身的加工精度、檢測(cè)精度與裝配精度。惟此如此，才有可能全面提升國(guó)產(chǎn)轎車的制造精度。

7.參考文獻(xiàn)

[1] 朱家誠(chéng)王純賢主編機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)合肥合肥工業(yè)大學(xué)出版社2003

[2] 于駿一鄒青主編機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)北京機(jī)械工業(yè)出版社2009

[3] 黃天澤黃金陵主編汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

[4] 陳關(guān)龍主編汽車車身制造工藝學(xué)

[5] http://www.auto898.com/shejijishu/gongchengjichu/2010/0618/254.html ，定位參考點(diǎn)系統(tǒng)介紹

[6] http://www.docin.com/p-81197096.html，德國(guó)大眾RPS系統(tǒng)培訓(xùn)資料

8.作者簡(jiǎn)介

張宏兵(1965年12月—)，男，中共黨員，安徽蕪湖人。2004年東南大學(xué)機(jī)械學(xué)碩士研究生，2007東南大學(xué)國(guó)內(nèi)青年訪問學(xué)者。現(xiàn)就職于蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，主要從事模具設(shè)計(jì)與制造教學(xué)工作以及從事CAD/CAM教學(xué)研究與培訓(xùn)工作。曾出版過《CATIA V5 R18零件設(shè)計(jì)實(shí)例教程》、《UG NX5.0曲面設(shè)計(jì)典型范例》……等書籍。