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，首先從車身外觀質量評價標準入手，闡述了車身精度控制理論（即定位參考點系統，RPS），其次系統分析了車身制造精度的影響因素，最后通過對前后門間隙尺寸實際檢測，提出了車身尺寸精度控制分析方法與解決方案。

關鍵詞：車身；制造 ;尺寸精度；控制；定位點參考系統。

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，我國汽車制造業正處在快速發展過程中，發展的勢頭良好。盡管國產汽車的制造精度和性能還有待于進一步的改進與完善，但只要我國汽車制造業能腳踏實地，立足于技術基礎，就一定能從制造技術與手段上縮短與國外汽車制造之間的差距，才能從綜合性能方面趕超國外汽車工業的發展。

本文以國產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，提高國產轎車車身制造精度，尤其是提高國產自主品牌車身制造精度，以期達到全面提升國產轎車綜合性能之目的。

由于日本、歐洲和美國早在二十世紀九十年代，就能夠使其品牌產品的車身制造綜合偏差控制在2mm以內，尤其是日本汽車工業車身制造精度竟達到±1.0mm，而我國目前自主品牌的汽車車身制造精度還有一定的差距，因此提高我國轎車車身制造精度迫在眉睫。

2.車身外觀質量評價標準

汽車在當今社會不僅僅是一種交通工具，它更是一種文明的體現，它是科技和藝術的結合體。據2010年J.D.PROW的調研報告來看，汽車車身造型和外觀已占購買原因的19%。隨著我國汽車市場的逐漸成熟，汽車的性能得到保證，汽車的外觀質量將成為最重要產品競爭力。

車的外觀質量，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，臺階差。縫隙的大小在下文稱為間隙／GAP，臺階差稱為平度／FLUSH。

目前，車身外觀質量的評價標準主要采用尺寸工程技術規格，即所謂的DTS設計標準（ Dimentional Technical Specification），該標準檢測的項目較多，包括間隙、平度、R角尺寸大小及公差等內容。

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系統（Reference Point System，簡稱RPS）。定位參考點系統是以轎車車身在產品建模或三坐標測量時所采用的坐標系作為設計坐標系，所有的相關零部件的相關數據均來自于該坐標來。

RPS系統的優點如下：

（1）實現精確的坐標控制；

（2）提高了部件的制造精度；

（3）裝配精度高，質量穩定性有保證。

RPS系統定位原則如下：

N-2-1 規則：一個剛體的平行移動和轉動共有6 個自由度。限制其6 個自由度（X,Y,Z方向的移動,繞X,Y,Z軸的轉動度），剛體才能保持平衡。按照3-2-1 規則，保持剛體平衡狀態需要6 個定位點，如圖1所示。

圖1 六個自由度與RPS示例

坐標系平移法則：在圖1中的X、Y、Z三個軸線自由度方向上平行移動，以便于在測量或加工時，調整的零部件不平移如圖2所示。

圖2 坐標平移法則

統一性法則：指設計基準與工藝基準（包括制造基準、測量基準、裝配基準等）的統一。

由此觀之，N-2-1 規則、坐標平移法則、統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主要包括：沖壓、焊接、涂裝和總裝四個方面。其中，影響車身精度的主要因素主要集中體現在沖壓與焊接兩個方面。

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致沖壓件的質量與性能，具體表現為：翻邊不良、沖裂、回彈、褶皺及毛刺等缺陷。這些缺陷對夾具定位銷或定位面的定位造成直接影響，進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焊為主，究其原因主要是點焊加工成本低廉，因此市場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，這些公差的累計會直接影響到焊接的質量。此外焊接夾具設計合理性與規法操作也能夠造成對焊接質量的影響。

5.前門與后門間隙尺寸分析

下面，通過對某汽車公司車身前面與后門間隙尺寸進行了實際的檢測，借助于尺寸鏈圖及相關分析工具，對在使用裝具和不使用裝具兩種情況進行了測評。

（1）裝門時不使用裝具情況下的檢測結果分析

前門與后門間隙尺寸鏈如圖3所示，分析檢測數據如下：

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板邊距，公差±0.5mm；

L3——門內板與后門外板壓合間隙，公差±1.0mm；

L4——側圍鉸鏈孔到側圍棱線距離，公差±1.0mm；

L5——側圍后定位孔到后門外板棱線距離，公差±0.5mm；

L6——后門外板棱線到側圍棱線間隙，公差±1.0mm。

圖3 前門與后門尺寸鏈1

根據封閉環公差計算，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需要，如圖4所示。

圖4 數據分析圖1

（2）裝門時使用裝具情況下的檢測結果分析

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 數據分析圖2

分析檢測數據如下：

L1——側圍前定位孔到前門外板棱線距離，公差±0.5mm；

L2——側圍前定位孔到側圍后定位孔距離，公差±1.0mm；

L3——側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。

根據封閉環公差計算，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需要，如圖6所示。

6.結論

綜上所述，通過提高轎車車身制造精度來改進轎車的外觀表面質量是切實可行的，尤其對處在發展初期的中國轎車尤為必要。但實踐證明，走這一條路不僅需要時間和財力，更需要的是技術。

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

7.參考文獻

[1] 朱家誠王純賢主編機械設計基礎合肥合肥工業大學出版社2003

[2] 于駿一鄒青主編機械制造技術基礎北京機械工業出版社2009

[3] 黃天澤黃金陵主編汽車車身結構與設計

[4] 陳關龍主編汽車車身制造工藝學

[5] http://www.auto898.com/shejijishu/gongchengjichu/2010/0618/254.html ，定位參考點系統介紹

[6] http://www.docin.com/p-81197096.html，德國大眾RPS系統培訓資料

8.作者簡介

張宏兵(1965年12月—)，男，中共黨員，安徽蕪湖人。2004年東南大學機械學碩士研究生，2007東南大學國內青年訪問學者。現就職于蕪湖職業技術學院機械工程系，主要從事模具設計與制造教學工作以及從事CAD/CAM教學研究與培訓工作。曾出版過《CATIA V5 R18零件設計實例教程》、《UG NX5.0曲面設計典型范例》……等書籍。