汽车车身设计基准与车身焊接工艺基准的统一分析 - 图文

汽车车身设计基准与车身焊接工艺基准的

统一分析

张庆庚

（沈阳华晨汽车工程研究院110141）

关键词：设计基准；工艺基准；基准不重合误差；RPS点、定位系统。

摘要：本文主要讨论汽车车身设计基准与车身焊接工艺基准的之间的关系，包括车身设计基准的确定依据，工艺基准的确定依据，设计基准与工艺基准能否统一，设计基准与工艺基准如何统一等问题。

基准是用来确定对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。在机械行业，对于定位系统中的基准而言，一般有两种基准：一种是设计基准，主要从设计结构上进行考虑；一种是工艺基准，主要从工艺加工上进行考虑，工艺基准按用途不同又分为定位基准、工序基准、测量基准、装配基准等。其中，一般而言，设计基准是源头，工艺基准和测量基准都要从设计基准出发。但是，从基准的定义上看，统一的原则上看，工艺基准又可以反过来影响设计基准的确定，可能成为设计基准的依据。

机械加工过程中的定位误差是影响制件精度的重要因素，一般可占整个误差的1/3到1/4 左右。定位误差一般有两种，一种是基准位置误差；一种是基准不重合误差。如下图：

基准位置误差 基准不重合误差

其中基准位置误差是由于定位副制造误差而引起的，一般只能依靠提高定位副的精度来实现，工艺成本投入会比较高，而基准不重合误差则可以靠尽量将设计基准与工艺基准统一来消除，整个过程一般不需要进行工艺成本增加，所以可以在产品设计、工艺编排、检测确定过程中，尽可能的实现基准统一，对于汽车车身生产更是如此。这样随既而来的就有三个问题：

1、能不能将设计基准、工艺基准统一；

2、如果能够将设计基准与工艺基准统一，为什么出现设计基准与工艺基准的不统一； 3、在能够将设计基准与工艺基准统一的前提下，怎样统一设计基准与工艺基准。

能不能将设计基准、工艺基准统一

讨论能不能将设计基准与工艺基准完全统一，需要先确定设计基准与工艺基准制定的依据是什么，设计基准与工艺基准的关系是怎样的，才能进一步分析能否将设计基准、工艺基准进行统一。

我们先来谈一谈设计基准的制定依据，设计基准是指在设计图样上所采用的基准。设计

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人员常从零件的最终使用要求上确定零件的定位基准，一般以用于零件的装配定位的面、孔等作为设计零件图的定位基准。

图一：孔1中心线的位置基准为A面，孔2中心线的位置基准为孔1的中心线。

件2 A ○A±m B±n B 件1 ○孔1 A±m B±n 孔2 图一

图二：孔1、孔2同时对孔3有位置要求：C±o、E±q，孔1、孔2都是孔3的设计基准(反过来也可以说孔3是孔1、孔2的位置基准)。

件1 A1 ○C±o B ○E±q A2 ○孔1 孔3 孔2 图二

对于整个零件来说，一般有很多尺寸和位置关系的要求，所以一个零部件可能有很多设计基准。设计基准的点、线、面有时并不一定具体存在(如孔和外圆的中心线，两平面的对称中心面等)，往往通过具体的工艺基准的转换来实现。

工艺基准是零件进行加工时的定位基准，是实实在在的。工艺基准一般分为：（1）工序基准（工序基准又分为粗基准和精基准，最后的精基准最终决定零件的尺寸与偏差）；(2) 测量基准；（3）装配基准。其中，工序基准是实现产品最终尺寸的过程基准。 如上图一：实际加工过程中，如果加工孔1时，是以A面为定位基准，加工孔2时，是以孔1的中心为定位基准。则A面和孔1分别是孔1和孔2的工艺基准。

如上图二：实际加工过程中，如果孔1和孔2同时对孔3有位置度要求，且孔1和孔2要有其它位置度约束不能向孔3定位的前提下，要同时实现C±o、E±q的要求，孔3只能直接保证C±o、E±q的一个(一般保证两者中公差要求较高的一个)，比如C±o直接保证， E±q只能作为封闭环，经过孔1向孔2进行间接保证。此时，A既为孔3的工艺基准。

需要重点说明的是，无论是设计基准还是工艺基准，一个几何要素，只能有一个基准，不可能一个几何要素有两个设计基准或两个工艺基准的情况。

接下来我们谈谈设计基准和工艺基准的关系，如果在加工过程中进行定位时，工艺基准与设计基准完全一致，那么在加工的过程中，就不用经过尺寸链的再传递，消除了基准不重合误差。但问题是在一定的工艺水平下，有些加工是无法按设计基准进行定位的，此时就需要采用设计基准之外的几何要素进行定位，此时就存在了基准不重合误差。那么此时，能不

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能将设计基准进行更改，使设计基准可以调整而与工艺基准一致呢？

我们拿下面的例子说明，在下面的例子中，键槽是以外圆母线为设计基准的，如果在加工时，只能以内圆孔为定位基准，可将设计基准也改为内圆孔进行标注，但如果最后仍要满足H(0，-TH)的要求，需要再标注出内圆孔中心距离下母线的尺寸及公差，而最后实际上还是需要经过尺寸链的传递。H(0，-TH)还是由两个组成环叠加而成。

由此，如果实际的功能尺寸的实现不能直接由工艺尺寸实现，则不可能真正实现设计基准与工艺基准的重合。

另一种情况，如果进行设计尺寸的约束时，既可以通过键槽到母线的尺寸保证，又可以通过键槽到孔心的尺寸保证，则就可以实现将设计基准统一到工艺基准上而不存在基准不重合误差的问题。

从这个意义上讲，工艺基准完全是为了满足设计尺寸公差要求而出现的，也就是说，必须首先确定设计尺寸、公差、基准，才能相应制定工艺尺寸、公差、基准。不存在也不可能由工艺直接定义产品的设计基准的问题。

怎样统一设计基准、工艺基准

1）设计基准反映了零件设计的要求，一般必须把它作为主要基准。零件的重要尺寸由设计基准标出。只有这样才能保证零件在机器中的使用性能。

2）工艺基准反映了零件加工.测量方面的要求，必须兼顾。否则，标注尺寸不考虑加工方便，零件设计的形状和尺寸精度也无法保证。

3）在选择尺寸时，最好能把设计基准和工艺基准统一起来。尤其对零件中一些影响使用性能的重要尺寸，设计时就应充分考虑其加工定位和测量问题，使设计基准在加工时也可作为工艺基准。这样就可减少加工误差和误差积累，方便测量、检验。

举两个例子，如下图，如果H(0，-TH)是必须要保证的，而实际加工过程中必须用孔心定位，实际上无论如何都要经过两个组成环的传递。

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再看下图，孔1、孔2同时对孔3有位置要求：C±o、E±q，且孔1、孔2都有其它约束。在实际加工过程中，要同时实现C±o、E±q的要求，孔3只能直接保证C±o、E±q的一个(一般保证两者中公差要求较高的一个)，比如C±o直接保证， E±q只能作为封闭环，经过孔1向孔2进行间接保证。此时，A既为孔3的工艺基准。

○A1 件1 C±o B ○E±q A2 ○ 孔1 孔3 孔2 图二

对于车身焊接而言，一般车身上都会有一个主定位基准点，车身上的所有孔位相对于此基准有一个统一的公差标准，比如±2mm。此时相当于设计基准已经确定，中间的所有焊接件的定位点都是工序基准。此时，所有焊接件的定位基准(RPS)都可以由工艺来制定。但整车车身除了有一个相对于车身基准的一个统一公差要求之外，车身上一些相关联的孔位可能有特殊的公差要求，此公差要求就是设计尺寸和公差、所定义的基准是设计基准，而实现此特殊的尺寸公差要求，需要相应制定工序基准。此工序基准要结合对整个车身的公差要求的影响、对其它有特殊公差要求的相关几何要素的影响来分析。

所以就整个车身而言，一般有两种设计尺寸、公差和基准：一种的相对于整个白车身的基准点的一个统一的公差标准，此时的设计基准一般为整车的坐标原点；一种是有特殊公差要求的相关几何要素的尺寸、公差、基准的定义。这两种尺寸、公差、基准的定义是不可能由工艺来完成的。但这两种尺寸、公差的实现中的过程的尺寸、公差、基准的定义，则可以由工艺来制定。

总结

设计基准和工艺基准是两套有联系但相互独立的基准系统，两者的目的不同，设计基准的目的主要是实现产品功能要求，而工艺基准主要是为了实现产品的设计要求。一般而言，工艺基准只能向设计基准统一，设计基准不能向工艺基准统一，即使设计基准向工艺基准统一，实际上也增加是组成环。当然，对于一个设计尺寸和公差，如果能按工艺基准进行尺寸及公差的定义，而同样能实现产品功能，那也可以将设计基准向工艺基准统一，但这种情况一般是很少的，而且一定程度上说明之前定义的设计尺寸、公差和基准的不准确的。 作者简介

张庆庚 男 出生于1975年9月25日 1999年毕业于沈阳工业大学机制专业, 学士学位, 现在沈阳华晨汽车工程研究院综合工艺处处长。主要研究汽车的整车生产工艺同步工程、工艺开发管理、工艺过程管理、工艺质量管理、工艺数据库管理、工艺标准化与信息化建设等。 通讯地址: 中国沈阳经济技术开发区八号路12号, 邮编110141. 电子邮箱: qinggeng.zhang@brilliance-auto.com.qinggeng.zhang@163.com 联系电话：13940130543。

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