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(duì)北京奔馳某車型在前期生產(chǎn)爬坡階段出現(xiàn)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(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行深入分析，控制上級(jí)來件尺寸、線體工裝設(shè)計(jì)、線體工裝夾緊時(shí)序等因素，從根本上優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)穩(wěn)定性，并設(shè)計(jì)加工尺寸精度檢測(cè)工具，控制問題件流出，保證成車裝配外觀間隙平順度達(dá)到尺寸精度要求，也保證客戶端產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：工裝夾具設(shè)計(jì)；間隙平順度；車身尺寸控制；影響因素

隨著國內(nèi)消費(fèi)水平的提高，汽車已不簡(jiǎn)單的作為代步工具存在，對(duì)于外觀、功能性與駕駛體驗(yàn)，消費(fèi)者都對(duì)汽車產(chǎn)品提出了更高的要求。間隙平順度作為產(chǎn)品外觀DTS感知質(zhì)量的重要因素之一，直接影響客戶對(duì)于整車質(zhì)量的整體感受，其質(zhì)量的控制與提升已經(jīng)成為各汽車廠家追逐的主要目標(biāo)之一。而直接影響間隙平順度在產(chǎn)品上表現(xiàn)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(guān)尺寸，其中白車身上的覆蓋件相關(guān)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(chǎn)品公差內(nèi)穩(wěn)定是產(chǎn)品外觀感知質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

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

翼子板支架單件設(shè)計(jì)尺寸分析

此車型使用的翼子板支架設(shè)計(jì)延續(xù)了前一款車型的設(shè)計(jì)理念，共由三個(gè)翼子板支架對(duì)翼子板裝配進(jìn)行固定，并用于翼子板裝配時(shí)控制調(diào)整與A柱和前側(cè)車門的間隙平順度。本文討論的是三個(gè)支架中最靠上側(cè)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(gè)裝配用螺母孔，不能用于零件定位，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工裝定位采用了邊定位形式，穩(wěn)定性不好。吸取了上一個(gè)車型的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，此款車型在支架上增加了定位孔設(shè)計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)也直接決定了零件定位的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。經(jīng)過對(duì)生產(chǎn)過程的排查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)零件孔尺寸與數(shù)模設(shè)計(jì)不符，使用游標(biāo)卡尺實(shí)測(cè)孔徑為6.86mm，現(xiàn)場(chǎng)定位銷孔徑為6.9mm，數(shù)模顯示零件孔徑理論值為7mm，由此導(dǎo)致零件無法順利入銷。焊接后偏差體現(xiàn)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(duì)比發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)零件之間孔位存在偏差（見圖2），由于單獨(dú)的定位銷定位并不能保證零件穩(wěn)定，根據(jù)基準(zhǔn)體系建立原則，即所謂的“3-2-1”定位原則，剛性件共有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)六個(gè)自由度，只有完全限制其六個(gè)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(gè)方向的平動(dòng)，還需卡邊限制零件繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)，因此孔到零件定位邊緣的位置對(duì)零件定位的影響也很大。調(diào)查原因發(fā)現(xiàn)，偏差來源于供應(yīng)商生產(chǎn)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(dòng)，導(dǎo)致沖孔位置偏差，并且零件檢測(cè)無孔位檢測(cè)內(nèi)容，且無有效的檢測(cè)工具，導(dǎo)致批量問題件流出。

問題發(fā)生后，推動(dòng)供應(yīng)商優(yōu)化生產(chǎn)線體，增加了傳送帶上的邊定位機(jī)構(gòu)，防止成形過程中的擺動(dòng)，如圖3所示。

除了對(duì)生產(chǎn)線體的優(yōu)化，供應(yīng)商端也增加了對(duì)孔位的測(cè)量，測(cè)量頻次從1件/小時(shí)提高到1件/半小時(shí)，并且設(shè)計(jì)加工了檢測(cè)臺(tái)，以保證零件上孔位的準(zhǔn)確性，如圖4所示。

焊接定位工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與時(shí)序優(yōu)化

除了對(duì)翼子板支架單件尺寸進(jìn)行優(yōu)化，側(cè)圍總成的焊接定位工裝也需要重新設(shè)計(jì)優(yōu)化。項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)為定位銷限定零件在車身上X和Y兩個(gè)方向的平動(dòng)（X/Y），托塊上的貼合面限定Z向平動(dòng)與繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)（Z/φX/φY），托塊上的卡邊限定零件繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)（φZ）。

理論上，目前的設(shè)計(jì)可以滿足限定零件六個(gè)自由度的要求，但是由于初始設(shè)計(jì)的卡邊較短（無導(dǎo)向），且壓塊與卡邊Z向有干涉，現(xiàn)場(chǎng)打磨后零件定位失效不準(zhǔn)確，造成尺寸波動(dòng)。為此重新優(yōu)化了定位工裝設(shè)計(jì)，減小了卡邊長(zhǎng)度（見圖5紅字部分），僅在遠(yuǎn)離定位銷端有卡邊防轉(zhuǎn)，同時(shí)壓塊收窄避開卡邊，防止與Z向壓塊干涉，卡邊增加了長(zhǎng)導(dǎo)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(huì)影響零件定位穩(wěn)定性。舊的時(shí)序?yàn)椋汗ぱb胎所有工裝處于打開狀態(tài)，機(jī)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(jī)器人離開。這樣帶來的問題是：機(jī)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(xiàn)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(shí)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(zhǔn)確性，并最大程度消除零件在機(jī)器人抓手放件過程中的尺寸偏差，優(yōu)化了工裝胎時(shí)序，分離定位銷氣缸所在氣路，將定位銷伸出時(shí)序提前，即抓手放件時(shí)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(cuò)性也能大幅度提升。

翼子板支架人工檢具設(shè)計(jì)

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

北京奔馳常用的位置檢測(cè)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(shí)現(xiàn)精確檢測(cè)，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(bào)警情況導(dǎo)致生產(chǎn)線體停機(jī)，且由于焊接偏差程度的不同，光電傳感器可能無法對(duì)問題進(jìn)行100%的有效檢測(cè)。

另外，線體應(yīng)用了Perceptron博賽在線檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)成車尺寸進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控，翼子板支架甚至作為重點(diǎn)監(jiān)控尺寸而被加入了必測(cè)點(diǎn)程序，即每輛車該位置的尺寸都會(huì)被測(cè)量記錄。但是由于項(xiàng)目前期爬坡階段，博賽測(cè)量系統(tǒng)還處于調(diào)試階段，并未正式投入使用，還無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量和及時(shí)的偏差報(bào)警，且由于測(cè)量工位處于Z2線體尾部，發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)問題側(cè)圍已被焊接成為白車身總成，報(bào)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(duì)側(cè)圍進(jìn)行尺寸檢測(cè)。檢具固定至車身的數(shù)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(jù)“3-2-1”定位原則，采用了一個(gè)定位銷限制X與Z向的平移；三個(gè)Y向的支撐塊限制Y向平移，繞X與Z向的旋轉(zhuǎn)φX/φZ，每個(gè)支撐塊上都有強(qiáng)力磁鐵牢牢吸附車身；最后還有一個(gè)Z向支撐塊限定繞Y軸的旋轉(zhuǎn)φY。檢具（見圖8）固定至車身后，一個(gè)手動(dòng)伸縮銷用于檢測(cè)側(cè)面支架位置，另一個(gè)托塊檢測(cè)A柱翼子板支架的Y向與Z向尺寸。

結(jié)語

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

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