簡(jiǎn)析如何提升白車身三坐標(biāo)測(cè)量合格率

胡追

摘 ?要：白車身三坐標(biāo)是整車制造水平的重要參考指標(biāo)，通過(guò)對(duì)某車型白車身三坐標(biāo)合格率的提升過(guò)程，講述了通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查、工裝調(diào)查、零件調(diào)查和匹配四個(gè)步驟提升三坐標(biāo)合格率的過(guò)程，可以為汽車制造企業(yè)提升尺寸、制造和管理水平提供參考。

關(guān)鍵詞：白車身;尺寸;CMM;合格率

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，人民的生活水平不斷的提高，越來(lái)越多的人擁有了汽車，據(jù)交管部門(mén)統(tǒng)計(jì)，2014年我國(guó)私家車保有量達(dá)到1.54億輛。消費(fèi)者不僅對(duì)汽車的造型和安全要求越來(lái)越高，對(duì)汽車的品質(zhì)和做工的要求也越來(lái)越高。而白車身尺寸的精確度直接影響著整車內(nèi)外飾的安裝，對(duì)汽車的品質(zhì)和做工起著決定性作用。白車身是現(xiàn)代汽車制造和生產(chǎn)的重要組成部分，主要由左右側(cè)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(chǎn)工藝過(guò)程包括由若干個(gè)沖壓?jiǎn)渭附映煞挚偝?，然后由多個(gè)分總成利用一套主夾具焊接成白車身總成。白車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性差、易變形，但是這種微小的誤差和變形無(wú)法用肉眼看到，只能通過(guò)一些精密的檢測(cè)設(shè)備來(lái)檢測(cè)，也就是今天要討論的三坐標(biāo)測(cè)量。

1 三坐標(biāo)簡(jiǎn)介

1.1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)簡(jiǎn)介及其工作原理

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measuring Machine），即通常所說(shuō)的CMM，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種高效的精密測(cè)量設(shè)備，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、機(jī)械、汽車、航空、軍工、模具等行業(yè)中，對(duì)工件的尺寸進(jìn)行精密檢測(cè)，從而完成零件檢測(cè)、外形測(cè)量、過(guò)程控制等任務(wù)。它的工作原理是通過(guò)接觸式或非接觸式測(cè)量，讀取被測(cè)特征的尺寸信息（X＼Y＼Z空間坐標(biāo)值，或孔直徑、法向等其它尺寸），經(jīng)過(guò)計(jì)算可以求出被測(cè)件的幾何尺寸、形狀及位置，通過(guò)與理論值的比較可對(duì)該特征進(jìn)行形位誤差的評(píng)價(jià)。

1.2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的作用

（1）提高測(cè)量精度。一般三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度在20-100微米，超高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度一般在1微米以下。

（2）對(duì)復(fù)雜形狀表面輪廓尺寸進(jìn)行測(cè)量。例如零件的孔徑與孔位、汽車與飛機(jī)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(cè)。

（3）提高測(cè)量效率。目前CMM測(cè)量機(jī)均與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了交互功能，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)CNC的控制功能，大大縮短測(cè)量時(shí)間。

1.3 汽車行業(yè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)常用類型

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類方法很多，按照三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量范圍，可以將它分為小型、中型與大型。按照測(cè)量方式不同可分為接觸式和非接觸式，接觸式為常見(jiàn)的測(cè)頭與被測(cè)工件接觸，觸發(fā)式測(cè)量，有觸頭;非接觸式為掃描式測(cè)量，常為激光掃描或白光掃描。按照測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)不同又可分為懸臂式（圖1）和關(guān)節(jié)臂式（圖2）。如表1所示為汽車企業(yè)最常用的3種三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)：

表1 常用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

2 如何提升CMM合格率

車身質(zhì)量控制有6大支柱，包括焊接、尺寸、涂膠、扭矩、表面質(zhì)量、防止錯(cuò)漏裝，而尺寸是影響總裝零件裝配的關(guān)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(nèi)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(dòng)、磨損;零件尺寸是否變異，是否有偏差;測(cè)量方法是否有問(wèn)題，測(cè)量精度是否有問(wèn)題等。白車身是由大大小小上百個(gè)零件和分總成焊接而成，其中要經(jīng)過(guò)30幾個(gè)拼臺(tái)，這些拼臺(tái)有幾百個(gè)定位銷和定位面，每個(gè)零件和定位銷、面的偏差都可能導(dǎo)致尺寸的變異，從而影響三坐標(biāo)的合格率。因此，尺寸問(wèn)題是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，也是車身尺寸控制的難點(diǎn)。A車型是上汽通用五菱（SGMW）的主打車型，年產(chǎn)銷60萬(wàn)輛，被譽(yù)為“神車”。而隨著產(chǎn)量的提升，A車型白車身三坐標(biāo)合格率出現(xiàn)了明顯的下降。文章將結(jié)合A車型白車身三坐標(biāo)合格率提升的過(guò)程，對(duì)如何提升三坐標(biāo)合格率作個(gè)簡(jiǎn)單的介紹?？偨Y(jié)起來(lái)共有如下4個(gè)主要步驟：第一步，現(xiàn)狀調(diào)查;第二步，工裝調(diào)查;第三步，零件調(diào)查;第四步，匹配。

2.1 現(xiàn)狀調(diào)查

現(xiàn)狀調(diào)查是解決問(wèn)題的第一步，要解決問(wèn)題必須對(duì)現(xiàn)狀有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。在現(xiàn)狀調(diào)查的過(guò)程中可以利用一些質(zhì)量工具，以便分析偏差趨勢(shì)，找出問(wèn)題癥結(jié)，然后對(duì)癥下藥。一般CMM測(cè)量數(shù)據(jù)都需要經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)分析軟件的處理，SGMW采用的是與上海交通大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的MDIA（Measurement Data Integrated Analysis）系統(tǒng)將整個(gè)白車身分成了如圖3所示的18個(gè)模塊，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)著白車身的一個(gè)區(qū)域。通過(guò)這個(gè)軟件可以查看每個(gè)測(cè)點(diǎn)每次測(cè)量的偏差情況，也可以查看某個(gè)測(cè)點(diǎn)或者模塊的偏差趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)每個(gè)區(qū)域的合格率趨勢(shì)的分析可以找出合格率明顯下降的模塊，也就是找出問(wèn)題的癥結(jié)。

2.2 工裝調(diào)查

白車身CMM合格率一定程度決定于工裝的狀態(tài)，一套設(shè)計(jì)合理、狀態(tài)穩(wěn)定的工裝往往做出的白車身的尺寸狀態(tài)也是較穩(wěn)定的。對(duì)工裝的調(diào)查有很多方面，包括工裝設(shè)計(jì)是否合理、定位是否充分、是否有過(guò)定位、是否定位不足、是否磨損松動(dòng)、是否偏離理論等。

2.2.1 過(guò)定位在車身工裝中的應(yīng)用

空間有6個(gè)自由度，想要保證零件焊接位置穩(wěn)定準(zhǔn)確就必須限制零件的6個(gè)自由度。汽車行業(yè)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(jīng)能夠限制零件的6個(gè)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(guò)定位。舉個(gè)例子，A車型前地板的定位原來(lái)采用的是四個(gè)角用4個(gè)菱形銷定位，按照定位理論6個(gè)自由度都被限制。但是前地板的Y向狀態(tài)很差也很不穩(wěn)定，CMM合格率只有50%左右。后來(lái)車間將4個(gè)菱形銷改為4個(gè)圓銷，也就是增加了過(guò)定位。更改后前地板模塊Y向變得穩(wěn)定，CMM合格率提升到了85%左右。像這樣利用過(guò)定位的例子還有很多，但過(guò)定位并不是每個(gè)地方都可以用。它只適用于板材薄、剛性差的零件，剛性強(qiáng)的零件使用有時(shí)候會(huì)適得其反。

2.2.2 工裝測(cè)量

工裝夾具是影響CMM合格率的一個(gè)重要因素，那么如何去識(shí)別工裝定位銷、定位面是否出現(xiàn)了偏差？那就是通過(guò)前面（圖2）提到過(guò)的關(guān)節(jié)臂式CMM測(cè)量機(jī)對(duì)拼臺(tái)進(jìn)行測(cè)量。一般會(huì)將定位銷控制在理論值±0.3mm的范圍內(nèi)，定位面控制在±0.5mm范圍內(nèi)。再用A車型舉個(gè)例子，在現(xiàn)狀調(diào)查階段找出其中一個(gè)癥結(jié)是左右側(cè)圍Y向往左偏2mm左右，通過(guò)對(duì)總拼6#拼臺(tái)的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)右側(cè)框Y向上部往左偏2-3mm。檢查發(fā)現(xiàn)固定右側(cè)框與地面的L板變形，右側(cè)框內(nèi)側(cè)Z向下沉，導(dǎo)致上部往左偏。通過(guò)用千斤頂將右側(cè)框頂起來(lái)校正及重新焊接地腳L板，將側(cè)框Y向調(diào)到了±0.5mm的范圍內(nèi)。左右側(cè)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(jiàn)，工裝夾具對(duì)CMM合格率的影響有多大。

為了將工裝維持在一個(gè)較好的狀態(tài)，需要對(duì)拼臺(tái)進(jìn)行測(cè)量，但是測(cè)量資源是有限的，不可能每個(gè)拼臺(tái)測(cè)量的頻次都一樣。SGMW西部車身車間對(duì)拼臺(tái)進(jìn)行分級(jí)管理，將拼臺(tái)分為關(guān)鍵拼臺(tái)和非關(guān)鍵拼臺(tái)。關(guān)鍵拼臺(tái)指需要安裝零件，起定位作用的拼臺(tái)。非關(guān)鍵拼臺(tái)指不安裝零件，只是起到補(bǔ)焊作用的拼臺(tái)。關(guān)鍵拼臺(tái)的測(cè)量頻次為1月/次，非關(guān)鍵拼臺(tái)的測(cè)量頻次為3月/次。如果測(cè)量資源充足，也可加大測(cè)量頻次。

2.2.3 做好TPM

TPM（Total Productive Maintenance）即全員生產(chǎn)維護(hù)，所有的操作工、班段長(zhǎng)、質(zhì)量工程師、維修工程師各盡其責(zé)，保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備、拼臺(tái)夾具的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。提高和穩(wěn)定車身功能尺寸合格率，人的因素是非常重要的。在生產(chǎn)過(guò)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(wěn)定功能尺寸合格率獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，大家都嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。作為生產(chǎn)主體的一線操作工對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量負(fù)有直接責(zé)任。在生產(chǎn)過(guò)程中，要求操作工必須依照標(biāo)準(zhǔn)化操作單（SOS）操作，嚴(yán)格執(zhí)行“三不”原則（不接受缺陷、不制造缺陷、不傳遞缺陷）。一旦出現(xiàn)裝配不到位、零件焊偏、工裝夾具松動(dòng)等影響功能尺寸的問(wèn)題及時(shí)通知班組長(zhǎng)和相關(guān)工程師。對(duì)設(shè)備的日常檢查、保養(yǎng)，區(qū)域環(huán)境的清潔也是操作工每日必須完成的工作任務(wù)。但是現(xiàn)場(chǎng)員工有時(shí)候執(zhí)行的并不是很好，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)定位銷松動(dòng)的情況。因此，需要管理人員對(duì)一線員工灌輸TPM的重要性，讓員工形成做好TPM的意識(shí)。SGMW質(zhì)量體系要求員工每個(gè)班次做一次TPM，并做好相關(guān)表格的點(diǎn)檢記錄。

2.3 零件調(diào)查

整車制造工廠（主機(jī)廠）為了降低生產(chǎn)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(yīng)商提供的。如果供應(yīng)商零件尺寸產(chǎn)生偏差，沒(méi)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(shí)別，就會(huì)被當(dāng)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(dǎo)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(wèn)題。一般的供應(yīng)商在制造水平、管理能力上都趕不上主機(jī)廠的水平。一些水平差得供應(yīng)商沒(méi)有一個(gè)完整的質(zhì)量體系，或者有質(zhì)量體系但是沒(méi)有執(zhí)行力。因此，要想提升整車的尺寸質(zhì)量，除了要提升自身的能力外，還得幫助供應(yīng)商提升其水平。A車型白車身主要由下車體總成、左右側(cè)圍總成及頂蓋總成組成，其中組成下車體最核心的兩個(gè)零部件—后部下車體總成和左右前大梁總成就由供應(yīng)商提供。底盤(pán)關(guān)鍵點(diǎn)（安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱及懸掛的安裝點(diǎn)）主要分布在這兩個(gè)零件上。因此，底盤(pán)CMM合格率的高低主要取決于這兩個(gè)零件狀態(tài)的好壞。實(shí)際上A車型底盤(pán)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(lián)合質(zhì)量部門(mén)組成了問(wèn)題攻關(guān)小組。攻關(guān)小組針對(duì)底盤(pán)合格率低的問(wèn)題對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行了調(diào)查。問(wèn)題解決小組首先將后部下車體和前大梁總成上檢具進(jìn)行了測(cè)量，證實(shí)了CMM不合的測(cè)量點(diǎn)在供應(yīng)商總成檢具上也不合。找出問(wèn)題點(diǎn)后供應(yīng)商進(jìn)行針對(duì)性整改，15年3月份底盤(pán)CMM合格率增長(zhǎng)到了87%左右。

供應(yīng)商零件狀態(tài)提升后關(guān)鍵還是要如何保持穩(wěn)定性。如果監(jiān)管不到位，沒(méi)有一個(gè)常規(guī)測(cè)量計(jì)劃，零件狀態(tài)很容易出現(xiàn)變異。針對(duì)供應(yīng)商零部件，我們要求供應(yīng)商每班次抽檢1臺(tái)，記錄完整的測(cè)量數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)共享給主機(jī)廠。主機(jī)廠可隨時(shí)通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)，隨時(shí)監(jiān)控零件的狀態(tài)。此外，為檢驗(yàn)供應(yīng)商測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，主機(jī)廠也不定期的派工程師去供應(yīng)商上檢具采集數(shù)據(jù)。此外，派遣工程師、工段長(zhǎng)親臨零部件廠家，檢查供應(yīng)商TPM是否做到位了，檢查其工藝是否正確、工藝是否執(zhí)行到位、糾偏的能力是否具備、糾偏的措施是否有效。通過(guò)對(duì)零部件供應(yīng)商生產(chǎn)過(guò)程的審核，有的放矢地加以培訓(xùn)指導(dǎo)。主機(jī)廠對(duì)供應(yīng)商的監(jiān)督與指導(dǎo)基本上都是無(wú)償?shù)?，因?yàn)樗腥硕家庾R(shí)到零部件廠是整車廠的一部分，零部件質(zhì)量的提升是整車質(zhì)量提升的前提。

2.4 匹配

有時(shí)候?qū)⒘慵推磁_(tái)都做合數(shù)模后CMM合格率并沒(méi)有明顯好轉(zhuǎn)。出現(xiàn)這種情況可能是零件在搭接和配合過(guò)程中局部存在干涉或者在焊接過(guò)程中有應(yīng)力，導(dǎo)致車身尺寸偏差和不穩(wěn)定。針對(duì)這種狀況，對(duì)零件和工裝進(jìn)行匹配可以起到立竿見(jiàn)影的效果。那么，如何進(jìn)行匹配呢？首先，將工裝調(diào)整到數(shù)模狀態(tài)。在這種狀態(tài)下做出白車身進(jìn)行CMM測(cè)量，然后根據(jù)偏差量進(jìn)行匹配。比如，A車型前隔板在左右兩個(gè)主定位銷都調(diào)到數(shù)模狀態(tài)后前隔板Y向總是往右偏1mm左右。前隔板上檢具也沒(méi)有明顯的偏差。前隔板的往右偏導(dǎo)致左右側(cè)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(wěn)定。因此，工程師對(duì)前隔板兩個(gè)定位銷進(jìn)行了匹配，將前隔板兩個(gè)主定位銷均往左調(diào)了1mm。調(diào)整后，前隔板基本居中，左右側(cè)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(dá)到公司設(shè)定的目標(biāo)如圖4所示。由此可見(jiàn)，在零件狀態(tài)提升困難或者零件符合質(zhì)量要求而CMM狀態(tài)不理想的情況下，匹配工裝也是提升整車CMM合格率的一個(gè)有效的手段。

圖4 A車型CMM合格率區(qū)域圖

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）白車身尺寸對(duì)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(diǎn)和難點(diǎn)。CMM合格率是評(píng)價(jià)白車身尺寸好壞的最重要指標(biāo)，提升CMM合格率對(duì)整車裝配和性能有著重要作用。

（2）通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查可以更好的了解車身現(xiàn)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(jié)，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(shè)計(jì)是否合理，結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，是否有足夠的強(qiáng)度等。車身鈑金件大都是薄板件，剛性比較差，可以適當(dāng)增加一些過(guò)定位。工裝要定期維護(hù)和測(cè)量，一般定位銷控制在理論值±0.3mm的范圍內(nèi)，定位面控制在理論值±0.5mm范圍內(nèi)。

（4）主機(jī)廠打包給供應(yīng)商做的零件和分總成越來(lái)越大，這些零件對(duì)CMM合格率的影響也是很大的。一般的供應(yīng)商技術(shù)能力和管理水平都比較差，主機(jī)廠可以定期組織團(tuán)隊(duì)對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行走訪，檢查零部件上檢具的情況，以及督促供應(yīng)商做好拼臺(tái)夾具的維護(hù)。一般的供應(yīng)商CMM資源比較缺乏，主機(jī)廠可以根據(jù)自身情況協(xié)調(diào)部分資源幫助供應(yīng)商檢測(cè)零件和分總成。

（5）零件狀態(tài)較好，拼臺(tái)也在理論值公差范圍內(nèi)，但是CMM狀態(tài)并不理想時(shí)，我們可以考慮對(duì)工裝進(jìn)行匹配。一般先將所有定位銷和定位面調(diào)到理論值，根據(jù)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(wěn)定性和CMM合格率的前提。如果TPM沒(méi)有做好，以上均是白費(fèi)功夫。車間上到經(jīng)理、工程師，下到工段長(zhǎng)、班組長(zhǎng)和一線員工，都必須意識(shí)到做好TPM的重要性。

參考文獻(xiàn)

[1]楊峻峰.機(jī)床及夾具[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[2]王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]李軍.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.

[4]何耀華.汽車制造工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[5]陳秀華，劉福尚.汽車制造質(zhì)量管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.