車身裝配精度控制技術

作為汽車製造四大工藝之一的焊裝，在車身試生產與量產中的精度不僅影響下工序部品安裝，也決定了賣給顧客的產品的質量。在汽車製造過程中，如何保證白車身的車身精度成為直接影響汽車質量的關鍵因素。而目前國內自主品牌與合資廠生產的國外品牌汽車比較，在車體外觀方面有著明顯的差異，特別是影響車體外觀的開合部位（四門二蓋）的段差、間隙。本文以國內外汽車製造過程中車身精度的控制方法為研究物件，對車身精度的控制方法進行了論述，為國產汽車的製造提供借鑑。

車身精度要素

白車身從衝壓單品到焊接拼裝，其精度有以下三個重要的管理要素：

車身上的部品安裝孔精度，孔位精度直接決定了部品安裝精度。

車身面的精度，主要表現為外觀面的精度，如翼子板、頂棚、側圍、發動機蓋、行李箱或背門以及左右前後門等外板。

車身組裝後的部品間的段差與間隙，決定了車身外觀的美觀度。

生產過程中車身精度的影響因素

1. 單品的精度影響

由於部品和車身生產製造的過程，也是定位部件、模具的消耗磨損過程，衝壓單品隨著生產的進行也發生著變化，同時由於設計、加工、搬運等原因也同樣造成部品的精度不良。單品精度是車身精度的基礎。單品精度不僅影響焊接夾具的作業性，也是導致車體精度偏差的原因之一。單品精度主要透過CF（Check Fixture）檢具進行衡量，如圖1所示。

2. 組裝夾具精度的影響

車身精度不僅與製造夾具的機械加工裝置關係密切，而且與夾具的設計息息相關。目前國內焊裝夾具製造水平主要在夾具的設計方法、週期與歐美日有較大差距。日本汽車製造企業的車型更新換代快，三年小改，五年換代，再加上推出新車型，經過60多年的發展，與之配套的焊裝夾具產業發展逐漸成熟。由於中國自動化工業起步比較晚，相應的配套焊裝夾具設計與製作處於一個發展階段，大部分還是小作坊模式。日本的焊裝夾具目前比較通用的方法是採用3D CAD/CAM進行模組化設計，產品直觀，設計週期極短，適應批次生產。

目前夾具定位面的精度控制在0。1mm，定位銷的精度控制在0。05mm。可以說夾具的精度就決定了車身的精度。關於夾具管理主要有：第一，4S管理；第二，定位銷磨損管理；第三，夾具精度偏差管理。

3. 開口部品（四門二蓋）安裝精度的影響

四門二蓋（前後門、發動機蓋、行李箱蓋或背門）車體覆蓋件透過鉸鏈與車體連線在一起。四門二蓋的精度決定了車體外觀的美觀性，同時其安裝精度是影響車體是否漏水的主因。

為保證開口部車體精度，主要從以下幾個方面進行保證：

四門二蓋安裝時使用了定位螺栓。總裝拆裝門的過程中，門的位置不發生變化。

白車身安裝四門二蓋時，實行預留值管理（見圖2），消除塗裝、總裝工程間的變化。

完成車下線前，參照完成車車身尺寸公差要求，對超出公差要求的車體進行調整。

生產過程中車身精度測定

1. 測量方法

車身精度不良主要是指排除設計原因，由於車體的段差、段差左右差、間隙、間隙左右差及板合等超出規格所導致的不良，另外還有組裝困難、縫隙過大、異響及漏水等。

目前主要的測量方法有兩類：手工測量和自動測量。手工測量工具有：段差規、間隙規、遊標卡尺及微分尺等。測量工具有行動式關節型三座標測量儀、半/全自動三座標測量儀CMM （Coordinate Measure Machine）和線上測量裝置等。

目前三座標測量裝置和技術已經發展迅速，英國Renishaw公司（ 總部在美國伊利諾斯州的Hoffman Estates）的開發的CMM測量裝置掃描速度達到500mm/s，同時測量精度也有非常大的提高。為了提高測量效能，測量探針與測量臂在材料、質量、控制系統方面都有很大的提高，如探頭旋轉軸在250mm內達到1mm；在軟體方面建立了圖形使用者介面、CAD資料介面、網路查詢系統、測量資料分析等；在使用上，採用了機器人示教相似的控制系統和圖形使用者介面，只需要簡單的培訓就可以上崗操作。

2. 部品與焊接夾具精度的定位與測量

就白車身而言，部品精度主要分衝壓單品精度、組裝精度兩部分。衝壓單品精度的測量用CF（Check Facility）檢具。組裝部品主要用行動式、半\全自動三座標測量儀進行測量。

主車身（除去四門二蓋的車身）精度控制主要透過線上測量裝置進行測量。主車身是在總拼線組合夾具工位拼裝，由底板、左右側圍、頂棚、儀表板及後擋板等組合而成，其精度由線上測量裝置進行測量，如超出公差範圍，連線生產線的控制單元會發出控制訊號並及時報警。而單個總成部品，如地板、側圍也有線上測量裝置進行測量。部品和車身測量點應與設計過程中RPS工程設定的硬點保持一致。根據單一部品的公差，來進行管理。目前主流廠家的車身精度控制在±1。0mm內。

焊接夾具是保證組裝精度的根本，因此夾具裝置在安裝除錯後，其精度的確認非常關鍵。現行的焊裝夾具主要有基準面、支撐面、定位銷、夾持部件以及相應控制迴路等組成。其中，基準面包含了整個組裝部品的定位座標資訊，因此三座標測量儀根據基準面提供的座標資訊，選擇合理的座標系、板厚補償等，就能準確地測量出焊裝夾具各定位銷和定位面的座標，與實際部品的定位銷和定位面的座標進行比較，得出差異以便裝置定位調整，從而保證組裝部品的精度，如圖3所示。

試製與投產後車身精度控制與管理

1.

車身試製過程中的精度修正

車身從衝壓品經過焊裝、塗裝、總裝，最後透過終檢線，車身精度是一個不斷完善的過程。

第一階段，衝壓單品的修正。衝壓品經過模具衝壓成形後，透過單品CF測量後滿足公差許可。但是由於工件之間的尺寸公差累積，工件拼裝後出現間隙或水平差超出允許範圍的現象。為了解決此類問題，在衝壓單品CF尺寸測量OK後，會將外板件（頂棚、側圍、門、翼子板及前後保險槓）組裝在整車CF進行測量，根據測量的整車狀況進行單品的修正。如圖4所示為車身側圍油箱口部位的單品面精度測量圖。

第二階段，車體拼裝精度修正。由於夾具精度同樣存在誤差累積問題，衝壓品在焊裝車間拼裝成一臺主車身時，精度會出現偏差。因此在車體組裝過程，會對每個小分總成進行精度測量，並將測量合格的工件再組裝成大的總成，最後拼裝成主車身。根據CMM對主車身的精度測量值來調整夾具，從而對主車身精度進行修正。

第三階段，車體板合精度修正。為滿足塗裝密封膠塗覆作業性，車身板合有規格要求（見圖5），因此需要檢測車身的鈑金件的拼裝間隙，確認是否會對塗裝造成影響，從而消除車身漏水隱患。

第四階段，總裝後車身精度修正。由於總裝部品，如內裝、外裝、機能等，在與車體組裝後，同樣發生公差累積的問題。因此聯合各部門對整車的部品進行調整和修正。特別是四門二蓋的安裝精度，需要進行調整。

第五階段，批次生產後，車身精度的修正。上述四個階段都是在少量的車體上完成的修正，而批次生產後會暴露一些未發現的問題，如四門二蓋的安裝間隙、車體與其他部品之間的不良問題，因此需要在批次生產時，對車體品質進行提高。

2. 車身批次生產後的精度維持

（1）白車身精度日常管理 車身精度日常管理主要包括定期全車三座標測量與資料解析、單一部品定期測量與資料解析。主車身及四門二蓋總成精度的定期測量頻率為1次/月。

例如，豐田汽車公司白車身測量資料是全球共享，並可以透過客戶端軟體進行查詢或下載測量資料，如圖6所示。

（ 2 ） 車體組裝精度日常管理 車體組裝完成後，需要對主要的部位進行精度日常測量與管理，包括四門二蓋與車體配合間隙與水平差測量、前後風擋開口部位測量、前後大燈開口部位測量、前後保險槓、頂棚流水槽間隙測量。如圖7所示，對車尾區域性的車身精度測量，在設定行李箱蓋的基準位置①後，安裝後尾燈CF檢具，測量②~⑥點的段差（levelness） 和間隙gap，並按照品質規格書進行管理。在發生超過公差範圍時，進行必要的調查，根據調查結果進行夾具調整或部品修正。

焊裝車間品質管理標準如下：

四門二蓋組裝精度管理品質組每次抽取2臺車，對車身的四門二蓋安裝精度進行測量。

前後大燈、前後擋風玻璃開口部定期測量為1次/周。

前懸掛精度的測定管理為CF測量1次/班。

板合間隙定期測量頻率為1次/月。

（3）車身精度線上測量系統發展比較迅速 目前有半自動測量和全自動測量。半自動主要是採用人員進行手持操作，如A S I DataMyte公司的“感測器+ASI DataMyte 501行動式資料採集儀+分析軟體”組合，應用於車門間隙、行李艙間隙的測量。全自動線上測量裝置已經廣泛應用在車身製造與生產中，它採用機器人操作測量或者是固定式測量。如明治電機採用OMRON公司的F160視覺感測器開發的線上測量系統在焊裝自動生產線得以廣泛的應用，它結合工程PLC控制和分析軟體，實現了全數檢查、檢錯停線功能，如圖8所示。

結 語

白車身精度控制不僅靠車身設計時公差合理分配，也需要現場品質技術人員的努力。車身精度管理與控制是一個系統工程，從設計階段到生產階段，從零部件供應商到整車四大車間，從零件單品品質到車身零件配合精度，從各工序的過程控制到總成件的綜合分析，需要全員參與才能達到最終的目標。

作者： 熊容廷 宋豔麗

單位： 廣汽豐田汽車有限公司

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