轿车车身制造精度的研究

摘要：论文以轿车车身制造精度控制为研究课题，首先从车身外观质量评价标准入手，阐述了车身精度控制理论（即定位参考点系统，RPS），其次系统分析了车身制造精度的影响因素，最后通过对前后门间隙尺寸实际检测，提出了车身尺寸精度控制分析方法与解决方案。

关键词：车身；制造 ;尺寸精度；控制；定位点参考系统。

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，我国汽车制造业正处在快速发展过程中，发展的势头良好。尽管国产汽车的制造精度和性能还有待于进一步的改进与完善，但只要我国汽车制造业能脚踏实地，立足于技术基础，就一定能从制造技术与手段上缩短与国外汽车制造之间的差距，才能从综合性能方面赶超国外汽车工业的发展。

本文以国产轿车车身制造精度为研究课题，旨在能够通过此课题的研究，提高国产轿车车身制造精度，尤其是提高国产自主品牌车身制造精度，以期达到全面提升国产轿车综合性能之目的。

由于日本、欧洲和美国早在二十世纪九十年代，就能够使其品牌产品的车身制造综合偏差控制在2mm以内，尤其是日本汽车工业车身制造精度竟达到±1.0mm，而我国目前自主品牌的汽车车身制造精度还有一定的差距，因此提高我国轿车车身制造精度迫在眉睫。

2.车身外观质量评价标准

汽车在当今社会不仅仅是一种交通工具，它更是一种文明的体现，它是科技和艺术的结合体。据2010年J.D.PROW的调研报告来看，汽车车身造型和外观已占购买原因的19%。随着我国汽车市场的逐渐成熟，汽车的性能得到保证，汽车的外观质量将成为最重要产品竞争力。

车的外观质量，主要是指汽车的造型，汽车的外观可见缝隙的大小及均匀度，台阶差。缝隙的大小在下文称为间隙／GAP，台阶差称为平度／FLUSH。

目前，车身外观质量的评价标准主要采用尺寸工程技术规格，即所谓的DTS设计标准（ Dimentional Technical Specification），该标准检测的项目较多，包括间隙、平度、R角尺寸大小及公差等内容。

3.车身精度控制理论

轿车车身精度控制主要还是依靠采用定位参考点系统（Reference Point System，简称RPS）。定位参考点系统是以轿车车身在产品建模或三坐标测量时所采用的坐标系作为设计坐标系，所有的相关零部件的相关数据均来自于该坐标来。

RPS系统的优点如下：

（1）实现精确的坐标控制；

（2）提高了部件的制造精度；

（3）装配精度高，质量稳定性有保证。

RPS系统定位原则如下：

N-2-1 规则：一个刚体的平行移动和转动共有6 个自由度。限制其6 个自由度（X,Y,Z方向的移动,绕X,Y,Z轴的转动度），刚体才能保持平衡。按照3-2-1 规则，保持刚体平衡状态需要6 个定位点，如图1所示。

图1 六个自由度与RPS示例

坐标系平移法则：在图1中的X、Y、Z三个轴线自由度方向上平行移动，以便于在测量或加工时，调整的零部件不平移如图2所示。

图2 坐标平移法则

统一性法则：指设计基准与工艺基准（包括制造基准、测量基准、装配基准等）的统一。

由此观之，N-2-1 规则、坐标平移法则、统一性法则这三大原则，已成为轿车车身定位的理论基石。

4.车身精度的影响因素

从轿车车身制造工艺来看，目前轿车制造的技术主要包括：冲压、焊接、涂装和总装四个方面。其中，影响车身精度的主要因素主要集中体现在冲压与焊接兩个方面。

汽车零部件主要是冲压件，冲压已成为汽车制造的重要加工工艺方法。冲压质量与冲压效果主要受工、量器具精度以及模具制造精度等因素影响。

冲压精度不高将直接导致冲压件的质量与性能，具体表现为：翻边不良、冲裂、回弹、褶皱及毛刺等缺陷。这些缺陷对夹具定位销或定位面的定位造成直接影响，进而影响车身尺寸的制造精度。

此外，焊接也是轿车车身重要加工工艺之一。目前车身焊接主要还是以点焊为主，究其原因主要是点焊加工成本低廉，因此市场上占有份额依然很大。

影响焊接精度的因素较多，如：夹具加工公差、零件加工公差、零件装配公差以及焊接变形公差等，这些公差的累计会直接影响到焊接的质量。此外焊接夹具设计合理性与规法操作也能够造成对焊接质量的影响。

5.前门与后门间隙尺寸分析

下面，通过对某汽车公司车身前面与后门间隙尺寸进行了实际的检测，借助于尺寸链图及相关分析工具，对在使用装具和不使用装具两种情况进行了测评。

（1）装门时不使用装具情况下的检测结果分析

前门与后门间隙尺寸链如图3所示，分析检测数据如下：

L1——铰链安装孔到安装面距离，公差±1.0mm；

L2——铰链安装面到后门内板边距，公差±0.5mm；

L3——门内板与后门外板压合间隙，公差±1.0mm；

L4——侧围铰链孔到侧围棱线距离，公差±1.0mm；

L5——侧围后定位孔到后门外板棱线距离，公差±0.5mm；

L6——后门外板棱线到侧围棱线间隙，公差±1.0mm。

图3 前门与后门尺寸链1

根据封闭环公差计算，可得出L5的3σ为±1.87mm，超出±1.0mm的公差，理论合格率为89.12%。合格率不能满足生产需要，如图4所示。

图4 数据分析图1

（2）装门时使用装具情况下的检测结果分析

前门与后门间隙尺寸链如图5所示。

图5 前门与后门尺寸链2

图6 数据分析图2

分析检测数据如下：

L1——侧围前定位孔到前门外板棱线距离，公差±0.5mm；

L2——侧围前定位孔到侧围后定位孔距离，公差±1.0mm；

L3——侧围后定位孔到后门外板棱线距离，公差±0.5mm；

L4——前门外板棱线与后门外板棱线距离，公差±1.0mm。

根据封闭环公差计算，可得出L5的3σ为±1.87mm，超出±1.0mm的公差，理论合格率为89.12%。合格率不能满足生产需要，如图6所示。

6.结论

综上所述，通过提高轿车车身制造精度来改进轿车的外观表面质量是切实可行的，尤其对处在发展初期的中国轿车尤为必要。但实践证明，走这一条路不仅需要时间和财力，更需要的是技术。

技术方面要走两条路线，一是注重理论方面的研究，突破传统的研究方法，全面认清影响车身制造精度的因素，并找到切实可行的解决方案；二是加大投入，改善工作环境与检测手段，提高车身的加工精度、检测精度与装配精度。惟此如此，才有可能全面提升国产轿车的制造精度。

7.参考文献

[1] 朱家诚王纯贤主编机械设计基础合肥合肥工业大学出版社2003

[2] 于骏一邹青主编机械制造技术基础北京机械工业出版社2009

[3] 黄天泽黄金陵主编汽车车身结构与设计

[4] 陈关龙主编汽车车身制造工艺学

[5] http://www.auto898.com/shejijishu/gongchengjichu/2010/0618/254.html ，定位参考点系统介绍

[6] http://www.docin.com/p-81197096.html，德国大众RPS系统培训资料

8.作者简介

张宏兵(1965年12月—)，男，中共党员，安徽芜湖人。2004年东南大学机械学硕士研究生，2007东南大学国内青年访问学者。现就职于芜湖职业技术学院机械工程系，主要从事模具设计与制造教学工作以及从事CAD/CAM教学研究与培训工作。曾出版过《CATIA V5 R18零件设计实例教程》、《UG NX5.0曲面设计典型范例》……等书籍。