簡析如何提升白車身三坐標測量合格率

胡追

摘 ?要：白車身三坐標是整車制造水平的重要參考指標，通過對某車型白車身三坐標合格率的提升過程，講述了通過現狀調查、工裝調查、零件調查和匹配四個步驟提升三坐標合格率的過程，可以為汽車制造企業提升尺寸、制造和管理水平提供參考。

關鍵詞：白車身;尺寸;CMM;合格率

引言

隨著我國經濟社會持續快速發展，人民的生活水平不斷的提高，越來越多的人擁有了汽車，據交管部門統計，2014年我國私家車保有量達到1.54億輛。消費者不僅對汽車的造型和安全要求越來越高，對汽車的品質和做工的要求也越來越高。而白車身尺寸的精確度直接影響著整車內外飾的安裝，對汽車的品質和做工起著決定性作用。白車身是現代汽車制造和生產的重要組成部分，主要由左右側圍分總成、下車體分總成及頂蓋分總成等部位焊合而成。白車身生產工藝過程包括由若干個沖壓單件焊接成分總成，然后由多個分總成利用一套主夾具焊接成白車身總成。白車身結構復雜、剛性差、易變形，但是這種微小的誤差和變形無法用肉眼看到，只能通過一些精密的檢測設備來檢測，也就是今天要討論的三坐標測量。

1 三坐標簡介

1.1 三坐標測量機簡介及其工作原理

三坐標測量機（Coordinate Measuring Machine），即通常所說的CMM，是20世紀60年代發展起來的一種高效的精密測量設備，廣泛應用于汽車、電子、機械、汽車、航空、軍工、模具等行業中，對工件的尺寸進行精密檢測，從而完成零件檢測、外形測量、過程控制等任務。它的工作原理是通過接觸式或非接觸式測量，讀取被測特征的尺寸信息（X＼Y＼Z空間坐標值，或孔直徑、法向等其它尺寸），經過計算可以求出被測件的幾何尺寸、形狀及位置，通過與理論值的比較可對該特征進行形位誤差的評價。

1.2 三坐標測量機的作用

（1）提高測量精度。一般三坐標測量機的精度在20-100微米，超高精度三坐標測量機精度一般在1微米以下。

（2）對復雜形狀表面輪廓尺寸進行測量。例如零件的孔徑與孔位、汽車與飛機等的外形輪廓尺寸，總裝件的安裝孔的尺寸及位置等的檢測。

（3）提高測量效率。目前CMM測量機均與計算機實現了交互功能，借助計算機強大的運算能力，可以實現CNC的控制功能，大大縮短測量時間。

1.3 汽車行業三坐標測量機常用類型

三坐標測量機的分類方法很多，按照三坐標測量機的測量范圍，可以將它分為小型、中型與大型。按照測量方式不同可分為接觸式和非接觸式，接觸式為常見的測頭與被測工件接觸，觸發式測量，有觸頭;非接觸式為掃描式測量，常為激光掃描或白光掃描。按照測量機的結構不同又可分為懸臂式（圖1）和關節臂式（圖2）。如表1所示為汽車企業最常用的3種三坐標測量機：

表1 常用三坐標測量機

2 如何提升CMM合格率

車身質量控制有6大支柱，包括焊接、尺寸、涂膠、扭矩、表面質量、防止錯漏裝，而尺寸是影響總裝零件裝配的關鍵，尺寸的偏差量的大小直接決定了總裝零部件是否裝的上，以及內外飾之間配合的間隙和面差的大小。影響白車身尺寸的因素很多，包括定位工裝是否偏離理論值及是否松動、磨損;零件尺寸是否變異，是否有偏差;測量方法是否有問題，測量精度是否有問題等。白車身是由大大小小上百個零件和分總成焊接而成，其中要經過30幾個拼臺，這些拼臺有幾百個定位銷和定位面，每個零件和定位銷、面的偏差都可能導致尺寸的變異，從而影響三坐標的合格率。因此，尺寸問題是一個很復雜的問題，也是車身尺寸控制的難點。A車型是上汽通用五菱（SGMW）的主打車型，年產銷60萬輛，被譽為“神車”。而隨著產量的提升，A車型白車身三坐標合格率出現了明顯的下降。文章將結合A車型白車身三坐標合格率提升的過程，對如何提升三坐標合格率作個簡單的介紹。總結起來共有如下4個主要步驟：第一步，現狀調查;第二步，工裝調查;第三步，零件調查;第四步，匹配。

2.1 現狀調查

現狀調查是解決問題的第一步，要解決問題必須對現狀有一個清晰的認識。在現狀調查的過程中可以利用一些質量工具，以便分析偏差趨勢，找出問題癥結，然后對癥下藥。一般CMM測量數據都需要經過一個數據分析軟件的處理，SGMW采用的是與上海交通大學聯合開發的MDIA（Measurement Data Integrated Analysis）系統將整個白車身分成了如圖3所示的18個模塊，每個模塊對應著白車身的一個區域。通過這個軟件可以查看每個測點每次測量的偏差情況，也可以查看某個測點或者模塊的偏差趨勢。通過對每個區域的合格率趨勢的分析可以找出合格率明顯下降的模塊，也就是找出問題的癥結。

2.2 工裝調查

白車身CMM合格率一定程度決定于工裝的狀態，一套設計合理、狀態穩定的工裝往往做出的白車身的尺寸狀態也是較穩定的。對工裝的調查有很多方面，包括工裝設計是否合理、定位是否充分、是否有過定位、是否定位不足、是否磨損松動、是否偏離理論等。

2.2.1 過定位在車身工裝中的應用

空間有6個自由度，想要保證零件焊接位置穩定準確就必須限制零件的6個自由度。汽車行業最常用的定位原理類似于工件“一面兩銷”的定位原理，雖然“一面兩銷”已經能夠限制零件的6個自由度，但由于汽車零件都是薄板件，零件的定位孔及零件型面都很容易變形，因此“一面兩銷”的定位往往是不夠的，需要增加一些過定位。舉個例子，A車型前地板的定位原來采用的是四個角用4個菱形銷定位，按照定位理論6個自由度都被限制。但是前地板的Y向狀態很差也很不穩定，CMM合格率只有50%左右。后來車間將4個菱形銷改為4個圓銷，也就是增加了過定位。更改后前地板模塊Y向變得穩定，CMM合格率提升到了85%左右。像這樣利用過定位的例子還有很多，但過定位并不是每個地方都可以用。它只適用于板材薄、剛性差的零件，剛性強的零件使用有時候會適得其反。

2.2.2 工裝測量

工裝夾具是影響CMM合格率的一個重要因素，那么如何去識別工裝定位銷、定位面是否出現了偏差？那就是通過前面（圖2）提到過的關節臂式CMM測量機對拼臺進行測量。一般會將定位銷控制在理論值±0.3mm的范圍內，定位面控制在±0.5mm范圍內。再用A車型舉個例子，在現狀調查階段找出其中一個癥結是左右側圍Y向往左偏2mm左右，通過對總拼6#拼臺的測量，發現右側框Y向上部往左偏2-3mm。檢查發現固定右側框與地面的L板變形，右側框內側Z向下沉，導致上部往左偏。通過用千斤頂將右側框頂起來校正及重新焊接地腳L板，將側框Y向調到了±0.5mm的范圍內。左右側圍合格率有了明顯提升，整車合格率由78%提升到了82%左右。由此可見，工裝夾具對CMM合格率的影響有多大。

為了將工裝維持在一個較好的狀態，需要對拼臺進行測量，但是測量資源是有限的，不可能每個拼臺測量的頻次都一樣。SGMW西部車身車間對拼臺進行分級管理，將拼臺分為關鍵拼臺和非關鍵拼臺。關鍵拼臺指需要安裝零件，起定位作用的拼臺。非關鍵拼臺指不安裝零件，只是起到補焊作用的拼臺。關鍵拼臺的測量頻次為1月/次，非關鍵拼臺的測量頻次為3月/次。如果測量資源充足，也可加大測量頻次。

2.2.3 做好TPM

TPM（Total Productive Maintenance）即全員生產維護，所有的操作工、班段長、質量工程師、維修工程師各盡其責，保證現場生產設備、拼臺夾具的正常運轉。提高和穩定車身功能尺寸合格率，人的因素是非常重要的。在生產過程中的每一位員工都必須重視功能尺寸。人人都把功能尺寸看成是客戶的第一需求;人人都愿意為提高和穩定功能尺寸合格率獻計獻策，大家都嚴格遵守操作規程。作為生產主體的一線操作工對產品的質量負有直接責任。在生產過程中，要求操作工必須依照標準化操作單（SOS）操作，嚴格執行“三不”原則（不接受缺陷、不制造缺陷、不傳遞缺陷）。一旦出現裝配不到位、零件焊偏、工裝夾具松動等影響功能尺寸的問題及時通知班組長和相關工程師。對設備的日常檢查、保養，區域環境的清潔也是操作工每日必須完成的工作任務。但是現場員工有時候執行的并不是很好，現場經常發現定位銷松動的情況。因此，需要管理人員對一線員工灌輸TPM的重要性，讓員工形成做好TPM的意識。SGMW質量體系要求員工每個班次做一次TPM，并做好相關表格的點檢記錄。

2.3 零件調查

整車制造工廠（主機廠）為了降低生產成本、減少一次性投資，一些零部件和分總成件都是由零部件供應商提供的。如果供應商零件尺寸產生偏差，沒有被隔離而混在尺寸合格的零部件中，這種不合格零件通常用肉眼很難識別，就會被當做合格的零件焊裝在車身上，從而引起車身尺寸的偏差。如果有功能尺寸偏差的車身流到了下道工序，將導致下道工序的零件裝配不到位、外形匹配不到位及使用功能受影響等問題。一般的供應商在制造水平、管理能力上都趕不上主機廠的水平。一些水平差得供應商沒有一個完整的質量體系，或者有質量體系但是沒有執行力。因此，要想提升整車的尺寸質量，除了要提升自身的能力外，還得幫助供應商提升其水平。A車型白車身主要由下車體總成、左右側圍總成及頂蓋總成組成，其中組成下車體最核心的兩個零部件—后部下車體總成和左右前大梁總成就由供應商提供。底盤關鍵點（安裝發動機、變速箱及懸掛的安裝點）主要分布在這兩個零件上。因此，底盤CMM合格率的高低主要取決于這兩個零件狀態的好壞。實際上A車型底盤合格率在14年底合格率也只有75%左右，因此，在15年初車間聯合質量部門組成了問題攻關小組。攻關小組針對底盤合格率低的問題對供應商進行了調查。問題解決小組首先將后部下車體和前大梁總成上檢具進行了測量，證實了CMM不合的測量點在供應商總成檢具上也不合。找出問題點后供應商進行針對性整改，15年3月份底盤CMM合格率增長到了87%左右。

供應商零件狀態提升后關鍵還是要如何保持穩定性。如果監管不到位，沒有一個常規測量計劃，零件狀態很容易出現變異。針對供應商零部件，我們要求供應商每班次抽檢1臺，記錄完整的測量數據并將數據共享給主機廠。主機廠可隨時通過測量數據，隨時監控零件的狀態。此外，為檢驗供應商測量數據的真實性，主機廠也不定期的派工程師去供應商上檢具采集數據。此外，派遣工程師、工段長親臨零部件廠家，檢查供應商TPM是否做到位了，檢查其工藝是否正確、工藝是否執行到位、糾偏的能力是否具備、糾偏的措施是否有效。通過對零部件供應商生產過程的審核，有的放矢地加以培訓指導。主機廠對供應商的監督與指導基本上都是無償的，因為所有人都意識到零部件廠是整車廠的一部分，零部件質量的提升是整車質量提升的前提。

2.4 匹配

有時候將零件和拼臺都做合數模后CMM合格率并沒有明顯好轉。出現這種情況可能是零件在搭接和配合過程中局部存在干涉或者在焊接過程中有應力，導致車身尺寸偏差和不穩定。針對這種狀況，對零件和工裝進行匹配可以起到立竿見影的效果。那么，如何進行匹配呢？首先，將工裝調整到數模狀態。在這種狀態下做出白車身進行CMM測量，然后根據偏差量進行匹配。比如，A車型前隔板在左右兩個主定位銷都調到數模狀態后前隔板Y向總是往右偏1mm左右。前隔板上檢具也沒有明顯的偏差。前隔板的往右偏導致左右側圍整體也往右偏，造成整車合格率只有78%左右，而且偏差很穩定。因此，工程師對前隔板兩個定位銷進行了匹配，將前隔板兩個主定位銷均往左調了1mm。調整后，前隔板基本居中，左右側圍也基本居中，整車CMM合格率也由78%左右提升到了85%左右，達到公司設定的目標如圖4所示。由此可見，在零件狀態提升困難或者零件符合質量要求而CMM狀態不理想的情況下，匹配工裝也是提升整車CMM合格率的一個有效的手段。

圖4 A車型CMM合格率區域圖

3 結束語

（1）白車身尺寸對總裝的裝配及整車的性能都有重要的影響，

甚至起著決定性作用，因此，白車身尺寸控制是車身工藝的重點和難點。CMM合格率是評價白車身尺寸好壞的最重要指標，提升CMM合格率對整車裝配和性能有著重要作用。

（2）通過現狀調查可以更好的了解車身現狀，利用CMM分析軟件找出合格率低或者合格率明顯下降的模塊，也就是找出CMM合格率低的癥結，為后面的分析指明了方向。

（3）一套好的工裝才能造出好的車身。好的工裝包括定位設計是否合理，結構是否穩定，是否有足夠的強度等。車身鈑金件大都是薄板件，剛性比較差，可以適當增加一些過定位。工裝要定期維護和測量，一般定位銷控制在理論值±0.3mm的范圍內，定位面控制在理論值±0.5mm范圍內。

（4）主機廠打包給供應商做的零件和分總成越來越大，這些零件對CMM合格率的影響也是很大的。一般的供應商技術能力和管理水平都比較差，主機廠可以定期組織團隊對供應商進行走訪，檢查零部件上檢具的情況，以及督促供應商做好拼臺夾具的維護。一般的供應商CMM資源比較缺乏，主機廠可以根據自身情況協調部分資源幫助供應商檢測零件和分總成。

（5）零件狀態較好，拼臺也在理論值公差范圍內，但是CMM狀態并不理想時，我們可以考慮對工裝進行匹配。一般先將所有定位銷和定位面調到理論值，根據整車CMM的偏差方向，局部的向相反的方向匹配工裝。

（6）做好TPM是提升尺寸穩定性和CMM合格率的前提。如果TPM沒有做好，以上均是白費功夫。車間上到經理、工程師，下到工段長、班組長和一線員工，都必須意識到做好TPM的重要性。

參考文獻

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