翼子板支架尺寸偏差原因分析及過程優(yōu)化控制

摘要：針對北京奔馳某車型在前期生產爬坡階段出現的翼子板支架焊接后零件尺寸偏差問題，裝配覆蓋件后影響成車外觀，對生產過程進行深入分析，控制上級來件尺寸、線體工裝設計、線體工裝夾緊時序等因素，從根本上優(yōu)化產品生產穩(wěn)定性，并設計加工尺寸精度檢測工具，控制問題件流出，保證成車裝配外觀間隙平順度達到尺寸精度要求，也保證客戶端產品質量穩(wěn)定。

關鍵詞：工裝夾具設計；間隙平順度；車身尺寸控制；影響因素

隨著國內消費水平的提高，汽車已不簡單的作為代步工具存在，對于外觀、功能性與駕駛體驗，消費者都對汽車產品提出了更高的要求。間隙平順度作為產品外觀DTS感知質量的重要因素之一，直接影響客戶對于整車質量的整體感受，其質量的控制與提升已經成為各汽車廠家追逐的主要目標之一。而直接影響間隙平順度在產品上表現的因素包括車身覆蓋件裝配、覆蓋件總成尺寸，以及白車身上覆蓋件裝配相關尺寸，其中白車身上的覆蓋件相關尺寸直接影響后續(xù)裝配過程以及成車穩(wěn)定性。因此，保證白車身尺寸在給定的產品公差內穩(wěn)定是產品外觀感知質量的重要環(huán)節(jié)。

某車型在項目前期質量爬坡試裝階段出現車身翼子板支架尺寸焊接偏差問題，直接導致后續(xù)翼子板裝配后平順超差，需要進行返修，導致影響整車交付后續(xù)噴漆車間與客戶。本文對尺寸偏差原因進行分析，就相關制造過程各影響因素進行了優(yōu)化與控制。

翼子板支架單件設計尺寸分析

此車型使用的翼子板支架設計延續(xù)了前一款車型的設計理念，共由三個翼子板支架對翼子板裝配進行固定，并用于翼子板裝配時控制調整與A柱和前側車門的間隙平順度。本文討論的是三個支架中最靠上側的支架尺寸，其Z向位置直接決定翼子板與A柱配合平順度尺寸；上一款車型支架上僅有一個裝配用螺母孔，不能用于零件定位，導致現場工裝定位采用了邊定位形式，穩(wěn)定性不好。吸取了上一個車型的經驗教訓，此款車型在支架上增加了定位孔設計，用于與工裝定位銷匹配定位，如圖1所示。

但孔位與孔的尺寸是否符合標準也直接決定了零件定位的準確性和生產過程的穩(wěn)定性。經過對生產過程的排查，發(fā)現現場零件孔尺寸與數模設計不符，使用游標卡尺實測孔徑為6.86mm，現場定位銷孔徑為6.9mm，數模顯示零件孔徑理論值為7mm，由此導致零件無法順利入銷。焊接后偏差體現在沿銷方向，即成車Z向，零件焊接后偏低，影響翼子板裝配后與A柱配合平順度。

另外對比發(fā)現，現場零件之間孔位存在偏差（見圖2），由于單獨的定位銷定位并不能保證零件穩(wěn)定，根據基準體系建立原則，即所謂的“3-2-1”定位原則，剛性件共有平動和轉動六個自由度，只有完全限制其六個自由度，才能保證零件定位穩(wěn)定。除了有銷釘限定X和Y兩個方向的平動，還需卡邊限制零件繞銷釘的轉動，因此孔到零件定位邊緣的位置對零件定位的影響也很大。調查原因發(fā)現，偏差來源于供應商生產過程中零件缺少有效定位，傳送帶在沖壓成形過程中存在擺動，導致沖孔位置偏差，并且零件檢測無孔位檢測內容，且無有效的檢測工具，導致批量問題件流出。

問題發(fā)生后，推動供應商優(yōu)化生產線體，增加了傳送帶上的邊定位機構，防止成形過程中的擺動，如圖3所示。

除了對生產線體的優(yōu)化，供應商端也增加了對孔位的測量，測量頻次從1件/小時提高到1件/半小時，并且設計加工了檢測臺，以保證零件上孔位的準確性，如圖4所示。

焊接定位工裝結構設計與時序優(yōu)化

除了對翼子板支架單件尺寸進行優(yōu)化，側圍總成的焊接定位工裝也需要重新設計優(yōu)化。項目初期設計為定位銷限定零件在車身上X和Y兩個方向的平動（X/Y），托塊上的貼合面限定Z向平動與繞X、Y軸的轉動（Z/φX/φY），托塊上的卡邊限定零件繞Z軸的轉動（φZ）。

理論上，目前的設計可以滿足限定零件六個自由度的要求，但是由于初始設計的卡邊較短（無導向），且壓塊與卡邊Z向有干涉，現場打磨后零件定位失效不準確，造成尺寸波動。為此重新優(yōu)化了定位工裝設計，減小了卡邊長度（見圖5紅字部分），僅在遠離定位銷端有卡邊防轉，同時壓塊收窄避開卡邊，防止與Z向壓塊干涉，卡邊增加了長導向面以保證零件順利入銷（見圖4黃字部分）。

另外夾具的夾緊順序也會影響零件定位穩(wěn)定性。舊的時序為：工裝胎所有工裝處于打開狀態(tài)，機器人抓手從人工上件胎上抓件后直接將零件放到工裝胎托塊上，定位銷伸出，隨后機器人離開。這樣帶來的問題是：機器人抓手上無精定位（定位銷或精確邊定位），無法保證抓取與放置過程中零件的位置穩(wěn)定，一旦位置出現偏差，放到定位胎上后定位銷伸出將與銷孔剮蹭，甚至將零件完全頂離定位位置；舊時序零件放到工裝上定位狀態(tài)如圖6所示。

為了保證零件定位的準確性，并最大程度消除零件在機器人抓手放件過程中的尺寸偏差，優(yōu)化了工裝胎時序，分離定位銷氣缸所在氣路，將定位銷伸出時序提前，即抓手放件時定位銷保持伸出狀態(tài)，這樣即使在放件過程中零件位置受到影響，由于定位銷的作用定位容錯性也能大幅度提升。

翼子板支架人工檢具設計

即使從根本上控制了問題的發(fā)生，由于生產過程中存在各種各樣的意外情況，如機器人與工裝碰撞導致工裝塊變形或者來件變形等問題，都易導致問題件產生，因此如何檢測問題件以防錯也是必不可少的一環(huán)。

北京奔馳常用的位置檢測傳感器主要分為兩種，分別是光電傳感器和接近傳感器。接近傳感器需要與零件近距離無接觸貼近以實現精確檢測，由于工裝胎上空間不足，難以安裝傳感器。而光電式傳感器不受距離限制，但易造成誤報警情況導致生產線體停機，且由于焊接偏差程度的不同，光電傳感器可能無法對問題進行100%的有效檢測。

另外，線體應用了Perceptron博賽在線檢測系統(tǒng)對成車尺寸進行測量監(jiān)控，翼子板支架甚至作為重點監(jiān)控尺寸而被加入了必測點程序，即每輛車該位置的尺寸都會被測量記錄。但是由于項目前期爬坡階段，博賽測量系統(tǒng)還處于調試階段，并未正式投入使用，還無法實現準確的測量和及時的偏差報警，且由于測量工位處于Z2線體尾部，發(fā)現偏差時問題側圍已被焊接成為白車身總成，報廢成本高。綜合以上種種因素，最終決定制作人工手持檢具，對側圍進行尺寸檢測。檢具固定至車身的數模如圖7所示。

檢具整體采用鋁材以降低整體重量，定位同樣依據“3-2-1”定位原則，采用了一個定位銷限制X與Z向的平移；三個Y向的支撐塊限制Y向平移，繞X與Z向的旋轉φX/φZ，每個支撐塊上都有強力磁鐵牢牢吸附車身；最后還有一個Z向支撐塊限定繞Y軸的旋轉φY。檢具（見圖8）固定至車身后，一個手動伸縮銷用于檢測側面支架位置，另一個托塊檢測A柱翼子板支架的Y向與Z向尺寸。

結語

通過系統(tǒng)性地對翼子板支架焊接過程進行分析，確定了影響焊接穩(wěn)定性的各種要素，并采取相應措施控制、優(yōu)化生產過程穩(wěn)定性，從根本上防止問題發(fā)生；同時增加后續(xù)防錯措施，防止問題件流出。優(yōu)化思路與經驗可借鑒于后續(xù)車型的前期質量爬坡，保證提供給客戶高質量、高穩(wěn)定性的產品。

參考文獻：

[1] 曹渡，劉永清.汽車尺寸工程技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.

[2] 劉靜.汽車車身焊接工藝分析及工裝設計[J].時代汽車，2020（16）：123-124.

[3] 郭杰，謝添，肖國威.間隙平順度問題的分析與優(yōu)化措施[J].汽車實用技術，2020（9）：141-145.

[4] 劉麗娜.車身零件定位系統(tǒng)設計淺析[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014（9）：26-28.

[5] 付嚴肅.淺談汽車測量中的白車身坐標系建立方式[J].汽車維修技師，2023（5）：102.