吳紹富

（淮陰工學(xué)院，淮安 223001）

基于RPS的車身總拼焊裝夾具設(shè)計(jì)

吳紹富

（淮陰工學(xué)院，淮安 223001）

本文從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，闡述了基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)的概念，提出了車身總拼焊裝夾具設(shè)計(jì)必須符合RPS點(diǎn)的設(shè)置要求。以上海大眾某車型的車身總拼焊裝夾具設(shè)計(jì)為實(shí)例，詳細(xì)描述了其車身底板總成和側(cè)圍總成的RPS設(shè)置，并對(duì)總拼夾具進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化后的夾具即保證精度又保證表面沒有癟塘，滿足現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)要求。

RPS 夾具車身 總拼焊接

引言

隨著汽車產(chǎn)品的多樣化、混線生產(chǎn)、快速投產(chǎn)和質(zhì)量要求的不斷提高，車身制造裝配過程越來越要求柔性化、高效率和高精度。車身作為汽車最關(guān)鍵的部件，其裝配、焊接定位精度對(duì)車的品質(zhì)有重大影響。本文以大眾的基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)（RPS）為基礎(chǔ)，介紹了將其實(shí)際應(yīng)用在車身總拼焊裝夾具的設(shè)計(jì)過程中。

1 車身統(tǒng)一基準(zhǔn)系統(tǒng)

德國大眾在90年代初推行的RPS（Reference Point System，基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)）目前已經(jīng)成為大眾集團(tuán)的成文標(biāo)準(zhǔn)（VW-Norm01055）。RPS的含義為始終貫串于車身設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)全過程中，以前后統(tǒng)一、上下繼承的形式保證各個(gè)環(huán)節(jié)上由定位基準(zhǔn)變換所產(chǎn)生的尺寸偏差為最小的車身基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)。

在基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)中，首要的工作就是確定車身各個(gè)零部件的基準(zhǔn)點(diǎn)；然后根據(jù)車身裝配順序，從各個(gè)零部件基準(zhǔn)中選擇下一級(jí)裝配基準(zhǔn)；以此類推，直到整個(gè)車身統(tǒng)一基準(zhǔn)系統(tǒng)的完成。有關(guān)于RPS車身統(tǒng)一基準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則總結(jié)如下。

（1）3-2-1定位原則。在RPS基準(zhǔn)系統(tǒng)方法中，其基本原則就是要遵從3-2-1法則。物體在空間具有6個(gè)自由度，即沿著3個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)和繞著3個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。要確定物體在空間的位置，需要6個(gè)定位點(diǎn)限制其自由度，即其中3個(gè)定位點(diǎn)確定1個(gè)坐標(biāo)基準(zhǔn)面，2個(gè)定位點(diǎn)確定第2個(gè)坐標(biāo)方向，最后1個(gè)定位點(diǎn)確定第3個(gè)坐標(biāo)方向，這就是3-2-l規(guī)則，這些點(diǎn)就是RPS點(diǎn)。

如圖1所示，在Z方向上的3個(gè)平面限制了3個(gè)自由度，即沿z方向上的移動(dòng)和繞x軸和y軸的旋轉(zhuǎn)。圓孔中的柱銷阻止了x方向和y方向上平行于軸線的運(yùn)動(dòng)，而在長孔中的柱銷只能阻礙繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）坐標(biāo)平行規(guī)則。在測(cè)量和加工時(shí)，零件的放置位置必須保持相互平行才能獲得精確的測(cè)量結(jié)果。傾斜放置工件會(huì)造成測(cè)量結(jié)果不正確，導(dǎo)致產(chǎn)品被誤判或者使工裝夾具等發(fā)生不正確的調(diào)整，為此定位點(diǎn)應(yīng)當(dāng)盡可能地平行于坐標(biāo)軸。

（3）統(tǒng)一性規(guī)則。RPS的宗旨是通過避免基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變來保證制造工藝過程的可靠性。利用RPS點(diǎn)的可重復(fù)利用性，可以提高零件的精度和質(zhì)量。RPS的統(tǒng)一性規(guī)則要求從產(chǎn)品開發(fā)階段直到生產(chǎn)完成，RPS點(diǎn)的使用應(yīng)當(dāng)貫徹始終。但并不是所有的RPS點(diǎn)一直在被使用，例如有些保證加工剛度的輔助RPS點(diǎn)，在裝配時(shí)就不會(huì)被使用。RPS的統(tǒng)一性規(guī)則還要求所有工藝流程中的輸送裝置原則上都要使用RPS點(diǎn)作為固定支點(diǎn)。

圖1 RPS點(diǎn)的定位

（4）尺寸標(biāo)注原則。必須建立一個(gè)全方位的坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)整車尺寸的標(biāo)注，它的原點(diǎn)被規(guī)定在汽車前軸高度的中心處，從此坐標(biāo)系的軸線出發(fā)，畫出間隔為100mm且平行于坐標(biāo)軸的網(wǎng)線，此網(wǎng)線理論上可以向汽車內(nèi)部滲透。在網(wǎng)線上可以找到汽車上所有的點(diǎn)，即可以確定汽車上每個(gè)構(gòu)件的位置，由此可以借助網(wǎng)線對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行尺寸標(biāo)注。為了保證車身零件制造、裝配精度，要求坐標(biāo)網(wǎng)線的尺寸精度為±0.1mm，在800mm×800mm的網(wǎng)格中，兩對(duì)角線的誤差不超過±0.2mm，車身尺寸精度應(yīng)保證±0.25mm。

（5）建立RPS尺寸圖。通過以上過程確立的RPS點(diǎn)應(yīng)填寫在RPS尺寸圖上。RPS尺寸圖是完成正式圖紙之前的一種工作用圖，可供同步工程小組確定RPS點(diǎn)后填寫和討論。建立整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)的RPS尺寸圖時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)中的零部件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)、統(tǒng)一命名，以便于識(shí)別。裝配圖、局部向視圖也要在表格中一一列出，以便于察看。

2 RPS在車身總拼焊裝夾具的應(yīng)用

車身總拼主要由底板總成、側(cè)圍總成以及車頂組成，并通過左右側(cè)圍總成的合攏與底板總成形成車身骨架結(jié)構(gòu)并進(jìn)行焊接。下面主要以上海大眾的某車型車身總拼夾具的方案設(shè)計(jì)為例，說明RPS在車身總拼焊裝夾具中的應(yīng)用。

2.1 底板總成夾具方案

底板總成作為整車的底部平臺(tái)起到支撐和承重作用，因此在總拼工位對(duì)底板的定位夾緊主要為底部的支撐夾具。根據(jù)產(chǎn)品圖紙，底板總成底部的RPS點(diǎn)主要分布在前、后縱梁以及后地板的前部，并且全部為定位孔結(jié)構(gòu)，通過4～6個(gè)Z向支撐，2個(gè)Y向定位和1個(gè)X向定位，符合“N-2-1”定位原則。圖2所示為總拼夾具底板總成底部支撐布局，其中前后4個(gè)為帶鎖鉤裝置的RPS定位銷，中間2個(gè)為不帶鎖鉤裝置的RPS定位銷，僅起到Z向輔助支撐作用，從而符合“6-2-1”定位原則。

圖2 底板總成RPS定位銷布局方案

其中，左前縱梁上的定位孔為RPS1，分別控制X、Y、Z三個(gè)方向上的自由度，因而定義為主定位點(diǎn)；左后縱梁上的為RPS2孔，分別控制Y和Z兩個(gè)方向上的自由度；剩余RPS孔全部為控制Z方向上的自由度。

2.2 側(cè)圍總成夾具方案

側(cè)圍是一個(gè)整體式?jīng)_壓結(jié)構(gòu)，它承載了車身總拼的兩個(gè)側(cè)面，主體面為Y向。主要分為A、B、C柱、門檻、側(cè)圍上部（主要與車頂匹配）、側(cè)圍后部（后輪罩部位或稱后葉子板）以及落水槽和尾燈板部分，并通過內(nèi)外板拼合起來。其RPS點(diǎn)的布置如圖3所示，首先通過一前一后兩個(gè)RPS孔主要對(duì)側(cè)圍的X和Z向進(jìn)行定位；其次，位于A柱下部和C柱上下部（或門檻前后兩端）、側(cè)圍上部前后兩端、后葉子板等處的RPS面使側(cè)圍的Y向得到支撐，從而形成多個(gè)Y向、2個(gè)Z向和1個(gè)X向的“N-2-1”定位格局。這些RPS點(diǎn)構(gòu)成了側(cè)圍總成夾具的初始方案。

圖3 側(cè)圍總成的RPS點(diǎn)布置

經(jīng)過仔細(xì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，實(shí)際生產(chǎn)線上的總拼定位焊工位中側(cè)圍總成的夾具布局如圖4所示。根據(jù)以上側(cè)圍總成的RPS布局方案，RPS1、2位置分別采用了圓柱定位支撐銷和削邊定位支撐銷，并且由于RPS1所在的A柱零件形狀特征為U形結(jié)構(gòu)，因此采用了在其左右兩側(cè)分別進(jìn)行支撐夾緊的方案；對(duì)于RPS2，由于其靠近后部出風(fēng)口位置，因此在此處布置了一個(gè)Y向支撐和壓緊。在門檻和B柱上部位置，同樣由于該處零件形狀特征為U形結(jié)構(gòu)，因而在其兩側(cè)分別進(jìn)行支撐壓緊。同時(shí)，相比門檻處的RPS點(diǎn)位置，該處的夾具布置分別由兩端向內(nèi)側(cè)做了移動(dòng)，以方便夾頭的布置。對(duì)于從A柱上部一直到后部的落水槽位置，由于零件形狀均為側(cè)圍外板的曲面結(jié)構(gòu)，因此采用了型面塊加夾頭的夾具布置。在輪罩區(qū)域，則與RPS點(diǎn)的布置完全一致，分別采用了Z向的支撐和Y向的支撐及壓緊夾具方案。

圖4 側(cè)圍總成的夾具布置方案

2.3 夾具方案改進(jìn)優(yōu)化

通過進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，車身總拼定位夾具有較大一部分是設(shè)定在外覆面上，從車頂，側(cè)框到后葉子板，都是直接與外覆件夾頭接觸，造成無規(guī)律的癟塘不斷地出現(xiàn)。另外由于為了保證車身功能尺寸，需要調(diào)整相應(yīng)位置的夾頭，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生以下兩個(gè)方面的弊端：一是要保證尺寸，對(duì)零件施壓產(chǎn)生癟塘；二是消除癟塘就有可能產(chǎn)生尺寸偏差。如何在二者之間保持一個(gè)較為穩(wěn)定的狀態(tài)，即表面不產(chǎn)生癟塘，又能保證尺寸是一個(gè)較為突出的問題。

（1）側(cè)圍總成車頂處夾緊結(jié)構(gòu)。如圖5（a）所示，為側(cè)圍車頂處優(yōu)化前夾緊結(jié)構(gòu)。對(duì)激光焊來講側(cè)圍與車頂結(jié)合處的間隙要求是0.2～0.4mm。當(dāng)間隙小于0.2mm時(shí)，焊接填料就浮在表面，焊接強(qiáng)度就達(dá)不到要求。此時(shí)可以釋放尼龍夾緊型面塊，增加側(cè)圍與車頂之間的距離。當(dāng)間隙大于0.4mm時(shí)，激光焊接就會(huì)產(chǎn)生漏焊，產(chǎn)生缺陷。此時(shí)需要通過增加墊片（尼龍塊處），將側(cè)圍推向車頂，減少它們之間的距離。但這樣就會(huì)使側(cè)圍外表面產(chǎn)生癟塘，造成了解決了尺寸，出現(xiàn)了癟塘的情況。為此需對(duì)該處的夾具定位機(jī)構(gòu)作如圖（b）的改進(jìn)，使其受力處在拼焊面上，即可解決上面的兩難的問題。

圖5 側(cè)圍總成特殊區(qū)域的夾緊方案

（2）側(cè)圍總成后葉子板Y向尺寸控制夾具。如圖6（a）所示，在實(shí)際工作中后葉子板處Y向功能尺寸無法調(diào)整，主要原因是當(dāng)調(diào)整夾具時(shí)，外表面的受壓產(chǎn)生大癟塘，而且該處為0.7mm的單層鐵皮也受不了如此大的推力，對(duì)尺寸調(diào)整變化也不大。所以產(chǎn)生了以上所描述的結(jié)果。根據(jù)車身結(jié)構(gòu)受力分析進(jìn)行調(diào)整夾具如圖6（b）狀態(tài)，使原受力面到下部，即保險(xiǎn)杠安裝處，該處受力強(qiáng)度大，就算變形也不會(huì)影響到外覆面，解決了功能性尺寸的問題。