简析如何提升白车身三坐标测量合格率

胡追

摘  要：白车身三坐标是整车制造水平的重要参考指标，通过对某车型白车身三坐标合格率的提升过程，讲述了通过现状调查、工装调查、零件调查和匹配四个步骤提升三坐标合格率的过程，可以为汽车制造企业提升尺寸、制造和管理水平提供参考。

关键词：白车身;尺寸;CMM;合格率

引言

随着我国经济社会持续快速发展，人民的生活水平不断的提高，越来越多的人拥有了汽车，据交管部门统计，2014年我国私家车保有量达到1.54亿辆。消费者不仅对汽车的造型和安全要求越来越高，对汽车的品质和做工的要求也越来越高。而白车身尺寸的精确度直接影响着整车内外饰的安装，对汽车的品质和做工起着决定性作用。白车身是现代汽车制造和生产的重要组成部分，主要由左右侧围分总成、下车体分总成及顶盖分总成等部位焊合而成。白車身生产工艺过程包括由若干个冲压单件焊接成分总成，然后由多个分总成利用一套主夹具焊接成白车身总成。白车身结构复杂、刚性差、易变形，但是这种微小的误差和变形无法用肉眼看到，只能通过一些精密的检测设备来检测，也就是今天要讨论的三坐标测量。

1 三坐标简介

1.1 三坐标测量机简介及其工作原理

三坐标测量机（Coordinate Measuring Machine），即通常所说的CMM，是20世纪60年代发展起来的一种高效的精密测量设备，广泛应用于汽车、电子、机械、汽车、航空、军工、模具等行业中，对工件的尺寸进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。它的工作原理是通过接触式或非接触式测量，读取被测特征的尺寸信息（X＼Y＼Z空间坐标值，或孔直径、法向等其它尺寸），经过计算可以求出被测件的几何尺寸、形状及位置，通过与理论值的比较可对该特征进行形位误差的评价。

1.2 三坐标测量机的作用

（1）提高测量精度。一般三坐标测量机的精度在20-100微米，超高精度三坐标测量机精度一般在1微米以下。

（2）对复杂形状表面轮廓尺寸进行测量。例如零件的孔径与孔位、汽车与飞机等的外形轮廓尺寸，总装件的安装孔的尺寸及位置等的检测。

（3）提高测量效率。目前CMM测量机均与计算机实现了交互功能，借助计算机强大的运算能力，可以实现CNC的控制功能，大大缩短测量时间。

1.3 汽车行业三坐标测量机常用类型

三坐标测量机的分类方法很多，按照三坐标测量机的测量范围，可以将它分为小型、中型与大型。按照测量方式不同可分为接触式和非接触式，接触式为常见的测头与被测工件接触，触发式测量，有触头;非接触式为扫描式测量，常为激光扫描或白光扫描。按照测量机的结构不同又可分为悬臂式（图1）和关节臂式（图2）。如表1所示为汽车企业最常用的3种三坐标测量机：

表1 常用三坐标测量机

2 如何提升CMM合格率

车身质量控制有6大支柱，包括焊接、尺寸、涂胶、扭矩、表面质量、防止错漏装，而尺寸是影响总装零件装配的关键，尺寸的偏差量的大小直接决定了总装零部件是否装的上，以及内外饰之间配合的间隙和面差的大小。影响白车身尺寸的因素很多，包括定位工装是否偏离理论值及是否松动、磨损;零件尺寸是否变异，是否有偏差;测量方法是否有问题，测量精度是否有问题等。白车身是由大大小小上百个零件和分总成焊接而成，其中要经过30几个拼台，这些拼台有几百个定位销和定位面，每个零件和定位销、面的偏差都可能导致尺寸的变异，从而影响三坐标的合格率。因此，尺寸问题是一个很复杂的问题，也是车身尺寸控制的难点。A车型是上汽通用五菱（SGMW）的主打车型，年产销60万辆，被誉为“神车”。而随着产量的提升，A车型白车身三坐标合格率出现了明显的下降。文章将结合A车型白车身三坐标合格率提升的过程，对如何提升三坐标合格率作个简单的介绍。总结起来共有如下4个主要步骤：第一步，现状调查;第二步，工装调查;第三步，零件调查;第四步，匹配。

2.1 现状调查

现状调查是解决问题的第一步，要解决问题必须对现状有一个清晰的认识。在现状调查的过程中可以利用一些质量工具，以便分析偏差趋势，找出问题症结，然后对症下药。一般CMM测量数据都需要经过一个数据分析软件的处理，SGMW采用的是与上海交通大学联合开发的MDIA（Measurement Data Integrated Analysis）系统将整个白车身分成了如图3所示的18个模块，每个模块对应着白车身的一个区域。通过这个软件可以查看每个测点每次测量的偏差情况，也可以查看某个测点或者模块的偏差趋势。通过对每个区域的合格率趋势的分析可以找出合格率明显下降的模块，也就是找出问题的症结。

2.2 工装调查

白车身CMM合格率一定程度决定于工装的状态，一套设计合理、状态稳定的工装往往做出的白车身的尺寸状态也是较稳定的。对工装的调查有很多方面，包括工装设计是否合理、定位是否充分、是否有过定位、是否定位不足、是否磨损松动、是否偏离理论等。

2.2.1 过定位在车身工装中的应用

空间有6个自由度，想要保证零件焊接位置稳定准确就必须限制零件的6个自由度。汽车行业最常用的定位原理类似于工件“一面两销”的定位原理，虽然“一面两销”已经能够限制零件的6个自由度，但由于汽车零件都是薄板件，零件的定位孔及零件型面都很容易变形，因此“一面两销”的定位往往是不够的，需要增加一些过定位。举个例子，A车型前地板的定位原来采用的是四个角用4个菱形销定位，按照定位理论6个自由度都被限制。但是前地板的Y向状态很差也很不稳定，CMM合格率只有50%左右。后来车间将4个菱形销改为4个圆销，也就是增加了过定位。更改后前地板模块Y向变得稳定，CMM合格率提升到了85%左右。像这样利用过定位的例子还有很多，但过定位并不是每个地方都可以用。它只适用于板材薄、刚性差的零件，刚性强的零件使用有时候会适得其反。

2.2.2 工装测量

工装夹具是影响CMM合格率的一个重要因素，那么如何去识别工装定位销、定位面是否出现了偏差？那就是通过前面（图2）提到过的关节臂式CMM测量机对拼台进行测量。一般会将定位销控制在理论值±0.3mm的范围内，定位面控制在±0.5mm范围内。再用A车型举个例子，在现状调查阶段找出其中一个症结是左右侧围Y向往左偏2mm左右，通过对总拼6#拼台的测量，发现右侧框Y向上部往左偏2-3mm。检查发现固定右侧框与地面的L板变形，右侧框内侧Z向下沉，导致上部往左偏。通过用千斤顶将右侧框顶起来校正及重新焊接地脚L板，将侧框Y向调到了±0.5mm的范围内。左右侧围合格率有了明显提升，整车合格率由78%提升到了82%左右。由此可见，工装夹具对CMM合格率的影响有多大。

为了将工装维持在一个较好的状态，需要对拼台进行测量，但是测量资源是有限的，不可能每个拼台测量的频次都一样。SGMW西部车身车间对拼台进行分级管理，将拼台分为关键拼台和非关键拼台。关键拼台指需要安装零件，起定位作用的拼台。非关键拼台指不安装零件，只是起到补焊作用的拼台。关键拼台的测量频次为1月/次，非关键拼台的测量频次为3月/次。如果测量资源充足，也可加大测量频次。

2.2.3 做好TPM

TPM（Total Productive Maintenance）即全员生产维护，所有的操作工、班段长、质量工程师、维修工程师各尽其责，保证现场生产设备、拼台夹具的正常运转。提高和稳定车身功能尺寸合格率，人的因素是非常重要的。在生产过程中的每一位员工都必须重视功能尺寸。人人都把功能尺寸看成是客户的第一需求;人人都愿意为提高和稳定功能尺寸合格率献计献策，大家都严格遵守操作规程。作为生产主体的一线操作工对产品的质量负有直接责任。在生产过程中，要求操作工必须依照标准化操作单（SOS）操作，严格执行“三不”原则（不接受缺陷、不制造缺陷、不传递缺陷）。一旦出现装配不到位、零件焊偏、工装夹具松动等影响功能尺寸的问题及时通知班组长和相关工程师。对设备的日常检查、保养，区域环境的清洁也是操作工每日必须完成的工作任务。但是现场员工有时候执行的并不是很好，现场经常发现定位销松动的情况。因此，需要管理人员对一线员工灌输TPM的重要性，让员工形成做好TPM的意识。SGMW质量体系要求员工每个班次做一次TPM，并做好相关表格的点检记录。

2.3 零件调查

整车制造工厂（主机厂）为了降低生产成本、减少一次性投资，一些零部件和分总成件都是由零部件供应商提供的。如果供应商零件尺寸产生偏差，没有被隔离而混在尺寸合格的零部件中，这种不合格零件通常用肉眼很难识别，就会被当做合格的零件焊裝在车身上，从而引起车身尺寸的偏差。如果有功能尺寸偏差的车身流到了下道工序，将导致下道工序的零件装配不到位、外形匹配不到位及使用功能受影响等问题。一般的供应商在制造水平、管理能力上都赶不上主机厂的水平。一些水平差得供应商没有一个完整的质量体系，或者有质量体系但是没有执行力。因此，要想提升整车的尺寸质量，除了要提升自身的能力外，还得帮助供应商提升其水平。A车型白车身主要由下车体总成、左右侧围总成及顶盖总成组成，其中组成下车体最核心的两个零部件—后部下车体总成和左右前大梁总成就由供应商提供。底盘关键点（安装发动机、变速箱及悬挂的安装点）主要分布在这两个零件上。因此，底盘CMM合格率的高低主要取决于这两个零件状态的好坏。实际上A车型底盘合格率在14年底合格率也只有75%左右，因此，在15年初车间联合质量部门组成了问题攻关小组。攻关小组针对底盘合格率低的问题对供应商进行了调查。问题解决小组首先将后部下车体和前大梁总成上检具进行了测量，证实了CMM不合的测量点在供应商总成检具上也不合。找出问题点后供应商进行针对性整改，15年3月份底盘CMM合格率增长到了87%左右。

供应商零件状态提升后关键还是要如何保持稳定性。如果监管不到位，没有一个常规测量计划，零件状态很容易出现变异。针对供应商零部件，我们要求供应商每班次抽检1台，记录完整的测量数据并将数据共享给主机厂。主机厂可随时通过测量数据，随时监控零件的状态。此外，为检验供应商测量数据的真实性，主机厂也不定期的派工程师去供应商上检具采集数据。此外，派遣工程师、工段长亲临零部件厂家，检查供应商TPM是否做到位了，检查其工艺是否正确、工艺是否执行到位、纠偏的能力是否具备、纠偏的措施是否有效。通过对零部件供应商生产过程的审核，有的放矢地加以培训指导。主机厂对供应商的监督与指导基本上都是无偿的，因为所有人都意识到零部件厂是整车厂的一部分，零部件质量的提升是整车质量提升的前提。

2.4 匹配

有时候将零件和拼台都做合数模后CMM合格率并没有明显好转。出现这种情况可能是零件在搭接和配合过程中局部存在干涉或者在焊接过程中有应力，导致车身尺寸偏差和不稳定。针对这种状况，对零件和工装进行匹配可以起到立竿见影的效果。那么，如何进行匹配呢？首先，将工装调整到数模状态。在这种状态下做出白车身进行CMM测量，然后根据偏差量进行匹配。比如，A车型前隔板在左右两个主定位销都调到数模状态后前隔板Y向总是往右偏1mm左右。前隔板上检具也没有明显的偏差。前隔板的往右偏导致左右侧围整体也往右偏，造成整车合格率只有78%左右，而且偏差很稳定。因此，工程师对前隔板两个定位销进行了匹配，将前隔板两个主定位销均往左调了1mm。调整后，前隔板基本居中，左右侧围也基本居中，整车CMM合格率也由78%左右提升到了85%左右，达到公司设定的目标如图4所示。由此可见，在零件状态提升困难或者零件符合质量要求而CMM状态不理想的情况下，匹配工装也是提升整车CMM合格率的一个有效的手段。

图4 A车型CMM合格率区域图

3 结束语

（1）白车身尺寸对总装的装配及整车的性能都有重要的影响，

甚至起着决定性作用，因此，白车身尺寸控制是车身工艺的重点和难点。CMM合格率是评价白车身尺寸好坏的最重要指标，提升CMM合格率对整车装配和性能有着重要作用。

（2）通过现状调查可以更好的了解车身现状，利用CMM分析软件找出合格率低或者合格率明显下降的模块，也就是找出CMM合格率低的症结，为后面的分析指明了方向。

（3）一套好的工装才能造出好的车身。好的工装包括定位设计是否合理，结构是否稳定，是否有足够的强度等。车身钣金件大都是薄板件，刚性比较差，可以适当增加一些过定位。工装要定期维护和测量，一般定位销控制在理论值±0.3mm的范围内，定位面控制在理论值±0.5mm范围内。

（4）主机厂打包给供应商做的零件和分总成越来越大，这些零件对CMM合格率的影响也是很大的。一般的供应商技术能力和管理水平都比较差，主机厂可以定期组织团队对供应商进行走访，检查零部件上检具的情况，以及督促供应商做好拼台夹具的维护。一般的供应商CMM资源比较缺乏，主机厂可以根据自身情况协调部分资源帮助供应商检测零件和分总成。

（5）零件状态较好，拼台也在理论值公差范围内，但是CMM状态并不理想时，我们可以考虑对工装进行匹配。一般先将所有定位销和定位面调到理论值，根据整车CMM的偏差方向，局部的向相反的方向匹配工装。

（6）做好TPM是提升尺寸稳定性和CMM合格率的前提。如果TPM没有做好，以上均是白费功夫。车间上到经理、工程师，下到工段长、班组长和一线员工，都必须意识到做好TPM的重要性。

参考文献

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