新車型車身尺寸過程控制策略研究

陸勇

（北京奔馳汽車有限公司，北京102600）

1 前言

白車身是汽車的重要承載體，其尺寸的一致性對(duì)整車的匹配有著重大影響[1]，因此尺寸控制也成為車身質(zhì)量控制的關(guān)鍵，也是我國汽車工業(yè)長(zhǎng)期落后和技術(shù)薄弱的環(huán)節(jié)[2]。做好新車型的尺寸質(zhì)量控制工作，可極大減少開發(fā)周期，在不損失質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目降本[3]。近年來，隨著新車型項(xiàng)目生產(chǎn)線自動(dòng)化率、柔性化和復(fù)雜程度的逐漸提高，新工藝、新設(shè)備和新系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，車身尺寸控制的難度也逐漸上升。鑒于此，為有效控制新車型投產(chǎn)過程中的車身尺寸問題，保障尺寸調(diào)試階段在各個(gè)節(jié)點(diǎn)與質(zhì)量目標(biāo)相符，本文提出了一套標(biāo)準(zhǔn)化新車型車身尺寸控制策略及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以解決白車身尺寸控制的重難點(diǎn)問題。

2 新車型車身尺寸過程控制

為有效控制新車型車身尺寸，根據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)和工作范疇，將車身尺寸過程控制劃分為5個(gè)階段：沖壓件審核階段、設(shè)計(jì)審核階段、預(yù)驗(yàn)收階段、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收階段以及產(chǎn)品調(diào)試階段。

2.1 沖壓件審核階段

在沖壓件審核階段的主要工作是針對(duì)零件尺寸狀態(tài)進(jìn)行評(píng)審和試裝，并控制零件關(guān)鍵位置的配合狀態(tài)。最終形成如圖1所示的零件尺寸問題反饋單輸入到尺寸放行會(huì)議，以監(jiān)控零件下一輪尺寸整改及進(jìn)度跟蹤。在沖壓件審核階段需注意三坐標(biāo)測(cè)量時(shí)全局座標(biāo)以及局部座標(biāo)的正確建立，以保證三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性及有效性。

圖1 零件尺寸問題及反饋單

2.2 設(shè)計(jì)審核階段

設(shè)計(jì)審核階段的主要任務(wù)是驗(yàn)收生產(chǎn)線夾具設(shè)備設(shè)計(jì)是否滿足尺寸功能需求，驗(yàn)證設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。此外在設(shè)計(jì)審核階段初期需同規(guī)劃部門及生產(chǎn)線供應(yīng)商對(duì)夾具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確認(rèn)。以北京奔馳MFA平臺(tái)Z177車型為例，項(xiàng)目開始階段就將Z1、Z2和Z3區(qū)域統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，形成如圖2及圖3所示的通用性夾具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)清單以及夾具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充清單，使不同區(qū)域的夾具設(shè)計(jì)審核標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果可對(duì)比。另外需注意的是設(shè)計(jì)審核階段，所有圖紙結(jié)構(gòu)功能均應(yīng)處于有效狀態(tài)，無法達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目均記錄在例外清單中，并在規(guī)定日程內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能。

圖2 夾具標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)清單

圖3 夾具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充清單

2.3 預(yù)驗(yàn)收階段

預(yù)驗(yàn)收階段應(yīng)從線體供應(yīng)商進(jìn)行設(shè)備加工制造并裝配完成開始。驗(yàn)收項(xiàng)目包括夾具是否按設(shè)計(jì)進(jìn)行加工、裝配是否遵照?qǐng)D紙要求、裝配精度是否滿足功能要求、結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度是否符合使用工況、功能項(xiàng)是否可高效實(shí)現(xiàn)等[4]。該階段工作應(yīng)與設(shè)計(jì)審核階段工作相結(jié)合，最終形成各生產(chǎn)區(qū)域通用性預(yù)驗(yàn)收檢查清單，如圖4所示。該清單可更直觀的對(duì)比不同區(qū)域夾具的驗(yàn)收情況，并準(zhǔn)確的反應(yīng)出現(xiàn)有問題。

圖4 預(yù)驗(yàn)收檢查清單

預(yù)驗(yàn)收階段是極其重要的一環(huán)，其核心是通過夾具預(yù)驗(yàn)收，驗(yàn)證設(shè)備發(fā)運(yùn)前質(zhì)量狀態(tài)，評(píng)價(jià)夾具結(jié)構(gòu)合理性、制造與設(shè)計(jì)符合性、功能完整性、精度符合性，以確保達(dá)到過程控制和質(zhì)量目標(biāo)的要求。

同時(shí)夾具裝配調(diào)試完成后，主要尺寸功能應(yīng)均在有效狀態(tài)，無法達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目同樣需記錄在例外清單中，并在規(guī)定日程內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能，進(jìn)而完成夾具功能、狀態(tài)、精度和制造工藝的初步驗(yàn)證。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收階段

現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收階段，其應(yīng)從設(shè)備交付到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)并安裝完畢開始，包括精度驗(yàn)收及穩(wěn)定性驗(yàn)收。該階段的主目的是控制夾具的精度，從而滿足產(chǎn)品尺寸質(zhì)量需求及保證產(chǎn)品尺寸一致性。

2.4.1 精度驗(yàn)收

為保證整車制造能力及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品精度要求，夾具交付并安裝完畢后，需要對(duì)夾具的精度進(jìn)行驗(yàn)收。在精度驗(yàn)收中主要包括夾具測(cè)量、鋼板間隙檢查、墊片組檢查、U型限位塊驗(yàn)收以及定位抓手檢查5大主要環(huán)節(jié)，對(duì)于無法達(dá)到精度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目均應(yīng)記錄在例外清單中，對(duì)不符合精度要求的夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行整改，并在規(guī)定日程內(nèi)實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能。

a.夾具測(cè)量：夾具在現(xiàn)場(chǎng)完成安裝后需由線體供應(yīng)商對(duì)夾具精度進(jìn)行重新測(cè)量。在夾具精度測(cè)量時(shí)，應(yīng)以產(chǎn)品數(shù)模為參考確保夾具符合產(chǎn)品生產(chǎn)的尺寸要求，在測(cè)量時(shí)定位夾具及定位抓手精度要求為±0.1 mm，補(bǔ)焊夾具及其它抓手精度要求為±0.2 mm。測(cè)量完成后還需抽測(cè)夾具進(jìn)行檢驗(yàn)，供應(yīng)商需對(duì)精度不合格的夾具進(jìn)行整改，并重新測(cè)量標(biāo)定直至合格，如圖5所示。

圖5 夾具測(cè)量報(bào)告

b.鋼板間隙：雖然夾具測(cè)量保證了所有定位元件的精度，但對(duì)于夾具壓塊的精度需要由鋼板間隙來保證，即確保夾具的托塊與壓塊之間的間隙與數(shù)模中此處全部鋼板的厚度和一致，如圖6所示。所有夾具均需要對(duì)鋼板間隙及逆行檢查，否則夾具穩(wěn)定性要求無法達(dá)到[5]。

圖6 夾具鋼板間隙

c.墊片組：所有夾具定位元件的墊片組由5 mm墊塊及2 mm、2 mm、1 mm墊片組成，如圖7所示。若在夾具測(cè)量時(shí)調(diào)整定位元件精度，需將5 mm墊塊更換為相應(yīng)厚度的墊塊，并保持2 mm+2 mm+1 mm的墊片數(shù)量不變。

圖7 墊片組

d.U型限位塊：圖8為U型限位塊工作示例，在驗(yàn)收U型限位塊時(shí)要關(guān)閉夾具氣源，用手輕輕搖動(dòng)夾爪臂，觀察U型限位塊是否出現(xiàn)單邊磨損，若出現(xiàn)此類問題會(huì)損壞夾具的精度、壽命及穩(wěn)定性，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品尺寸精度產(chǎn)生影響，該問題常易被忽略，因此需引起重視，及時(shí)進(jìn)行整改。

圖8 U型限位塊

e.定位抓手：定位抓手是保證零件尺寸的重要工裝，在對(duì)定位抓手進(jìn)行精度驗(yàn)收時(shí)需要對(duì)全部定位抓手進(jìn)行相應(yīng)檢查。定位抓手驗(yàn)收主要分為2步。第1步是將定位抓手置于夾具上，通氣后夾緊夾具，此時(shí)對(duì)定位抓手進(jìn)行精度標(biāo)定，檢查夾具及定位抓手各個(gè)限位塊的標(biāo)定數(shù)據(jù)及所有定位元件的標(biāo)定數(shù)據(jù)。第2步令定位抓手不抓取零件，自由放置于夾具上，檢查各個(gè)限位塊是否完全貼合以及定位抓手的鋼板間隙是否合格。

夾具精度驗(yàn)收后，所有尺寸精度功能均應(yīng)處于有效狀態(tài)，無法達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目均應(yīng)記錄在例外清單中，并在規(guī)定日程內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能。同時(shí)整改完成后需進(jìn)行二次精度驗(yàn)收，以保證試裝生產(chǎn)前的夾具精度。

2.4.2 穩(wěn)定性驗(yàn)收

在夾具精度驗(yàn)收完成后，需要對(duì)夾具進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)收，如圖9所示。其目的是為保證系列化生產(chǎn)后零件及車身尺寸的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性驗(yàn)收包括夾具穩(wěn)定性驗(yàn)收以及滾邊胎穩(wěn)定性驗(yàn)收。

圖9 穩(wěn)定性驗(yàn)收

夾具穩(wěn)定性驗(yàn)收內(nèi)容如下。

a.貼合狀態(tài)：使用藍(lán)油或紅丹粉檢查零件與夾具的貼合狀態(tài)以及零件與零件間的貼合狀態(tài)，確保所有相關(guān)零件及夾具貼合良好。貼合狀態(tài)檢查如圖10所示。

圖10 貼合性檢查

b.干涉問題：干涉問題檢查需將零件放置在夾具上，檢查零件與零件、零件與夾具、夾具與夾具間是否存在干涉。這就要求零件與夾具部件（包括運(yùn)動(dòng)軌跡）間的間隙＞5 mm，零件與零件間翻邊、圓角、料邊無干涉。

c.裝夾穩(wěn)定性：將零件裝配好，夾具通氣并夾緊，在零件與零件的配合面每個(gè)方向至少鉆2個(gè)Φ5 mm的孔，如圖11所示，鉆孔時(shí)需避讓焊點(diǎn)。鉆孔后需鉸孔并打磨孔邊緣毛刺，并反復(fù)裝配零件5次，用標(biāo)準(zhǔn)的塞棒檢查每次裝配孔的錯(cuò)位情況，要求不能＞0.3 mm。

圖11 裝夾穩(wěn)定性檢查

d.焊接穩(wěn)定性：如果裝夾穩(wěn)定性良好，最后一次裝夾后對(duì)其進(jìn)行焊接，焊接完成后再用標(biāo)準(zhǔn)的塞棒檢查孔的錯(cuò)位情況，錯(cuò)位的部分不能＞0.3 mm。

滾邊胎穩(wěn)定性驗(yàn)收內(nèi)容如下。

滾邊胎驗(yàn)收主要包括貼合狀態(tài)檢查，干涉問題檢查、裝夾穩(wěn)定性檢查以及包邊穩(wěn)定性檢查。

a.貼合狀態(tài)：調(diào)試方法同夾具穩(wěn)定性；

b.干涉問題：調(diào)試方法同夾具穩(wěn)定性；

c.裝夾穩(wěn)定性：將零件裝配好，夾具通氣并夾緊，滾邊胎上內(nèi)/外板零件各粘至少3個(gè)測(cè)量球作為測(cè)量點(diǎn)，并且避讓機(jī)器人軌跡及滾邊胎模裝夾部件等。反復(fù)裝配零件5次，用關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)?nèi)/外板上的測(cè)量球，要求每次裝配后單方向的內(nèi)/外板測(cè)量球相對(duì)移動(dòng)量<0.3 mm；

d.包邊穩(wěn)定性：若裝夾穩(wěn)定性良好，在最后一次裝夾后，可進(jìn)行包邊并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)收，如圖12所示。包邊穩(wěn)定性驗(yàn)收需檢查內(nèi)/外板測(cè)量球的移動(dòng)量，單方向的內(nèi)/外板測(cè)量球相對(duì)移動(dòng)量要求＜0.3 mm，如果小球移動(dòng)超出范圍，則另外裝配1套零件，分步進(jìn)行包邊，識(shí)別影響零件相對(duì)移動(dòng)較大的包邊步驟。

圖12 包邊穩(wěn)定性檢驗(yàn)

裝具穩(wěn)定性內(nèi)容如下：

裝具穩(wěn)定性驗(yàn)收設(shè)置的目的是為驗(yàn)證設(shè)備保證零件尺寸狀態(tài)穩(wěn)定性能力，滿足設(shè)備系列化生產(chǎn)后尺寸穩(wěn)定能力的要求，如圖13所示。其主要包括裝夾穩(wěn)定性驗(yàn)收和鉸鏈裝配穩(wěn)定性驗(yàn)收。

圖13 裝具穩(wěn)定性

a.裝夾穩(wěn)定性：將同一個(gè)車身和同一個(gè)分總成反復(fù)裝配5次，檢查覆蓋件一周的間隙及面差值，要求波動(dòng)＜0.3 mm。

b.鉸鏈裝配穩(wěn)定性：鉸鏈在車身上裝配后，在鉸鏈的一周刻線，同1個(gè)鉸鏈和同1個(gè)車身反復(fù)裝配5次，檢查鉸鏈的位移＜0.3 mm。

需要注意的是夾具穩(wěn)定性驗(yàn)收只有在完成精度驗(yàn)收后方可進(jìn)行。在夾具穩(wěn)定性驗(yàn)收后，所有尺寸穩(wěn)定性功能均應(yīng)在有效狀態(tài)，無法達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目均記錄在例外清單中，并在規(guī)定日程內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能，整改完成后進(jìn)行二次穩(wěn)定性驗(yàn)收，至此系列化生產(chǎn)的夾具穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。

2.5 產(chǎn)品調(diào)試階段

當(dāng)夾具精度驗(yàn)收和穩(wěn)定性驗(yàn)收都合格后，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量，并針對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行夾具調(diào)整，以達(dá)到產(chǎn)品尺寸要求。

a.工序尺寸：連續(xù)測(cè)量5套零件，檢查工序定位點(diǎn)（以中地板為例，如圖14所示）處的測(cè)量數(shù)據(jù)是否在公差范圍內(nèi)；檢查工序定位點(diǎn)處的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，要求波動(dòng)＜0.66 T（測(cè)量點(diǎn)的公差范圍）。當(dāng)定位點(diǎn)尺寸及穩(wěn)定性不合格時(shí)，需要針對(duì)夾具進(jìn)行工序間檢查及調(diào)整。

圖14 工序尺寸定位點(diǎn)示意

b.功能尺寸：當(dāng)重要的工序尺寸已經(jīng)合格時(shí)，需檢查功能尺寸點(diǎn)處的測(cè)量數(shù)據(jù)是否在公差范圍內(nèi)，應(yīng)連續(xù)測(cè)量5套零件，檢查功能尺寸點(diǎn)處的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，同樣要求波動(dòng)＜0.66 T，如圖15所示。當(dāng)功能尺寸不合格時(shí)，確認(rèn)尺寸偏差零件位置及相應(yīng)工序。

圖15 功能尺寸檢查點(diǎn)示意

c.夾具調(diào)整：所有夾具/裝具/包邊胎等的墊片調(diào)整，均需記錄時(shí)間、調(diào)整人、調(diào)整原因并形成如圖16a所示的夾具調(diào)整結(jié)果，同時(shí)還要更新如圖16b所示的夾具調(diào)整記錄單中，以書面記錄單的形式存放至現(xiàn)場(chǎng)夾具旁文件袋中。

圖16 夾具調(diào)整結(jié)果記錄單

產(chǎn)品調(diào)試階段需在夾具完成穩(wěn)定性驗(yàn)收后才可進(jìn)行。在該階段首先要確保所有工序尺寸均應(yīng)在有效狀態(tài)，再進(jìn)行功能尺寸調(diào)試。所有調(diào)試方案和方法均應(yīng)記錄完整具有可追溯性。

4 結(jié)束語

本文對(duì)新車型白車身尺寸過程控制方案及質(zhì)量達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。通過劃分驗(yàn)收階段，明確驗(yàn)收目標(biāo)及考核驗(yàn)收重點(diǎn)建立了1套完整的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)檢查項(xiàng)以及系統(tǒng)驗(yàn)收和調(diào)試流程方案，提出了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)方案等系統(tǒng)性評(píng)審方法。并將其應(yīng)用于公司新車型的車身尺寸控制工作中。實(shí)踐結(jié)果表明：新車型車身尺寸控制效果良好，公司后續(xù)X247以及H247均采用此類尺寸控制策略，在PT1階段均已達(dá)到SOP階段的指標(biāo)。綜上，該白車身尺寸控制策略為公司后續(xù)新車型白車身尺寸控制提供了標(biāo)準(zhǔn)化思路。