当今快速发展的汽车行业内，轿车白车身制造质量的优劣对整车质量起着决定性作用，制造尺寸偏差直接影响到最终汽车产品的质量，如碰撞结构、密封、噪声、寿命、动力性和外观等。焊装生产中，要经历众多的焊接工位和多人的焊接操作，由于中间环节众多，焊接偏差的传递过程极其复杂，因此，各种装配偏差源难以避免。

车身偏差研究概述

日本汽车车身的制造偏差一般为±1 mm，欧洲车身制造的偏差约为1.25～1.5 mm。我国国产轿车企业的车身制造偏差水平落后于世界先进水平，平均为±4 mm。

研究装配偏差的方法有：极值法、统计分析法和蒙特卡罗(Monte-Carlo)法。

极值法 假设所有的零件均以极值尺寸装配，但实际上，在任何装配过程中，所有零件都出现极值的概率极低，因而用该方法来设计零件的偏差，必然会对零件的公差提出非常严格的要求，进而大大提高产品的生产成本。

统计分析法 是根据零件的误差分布，利用二阶矩确定装配误差的总体分布，它可以有效地分析一维和二维刚体零件的装配问题。

蒙特卡罗法 利用随机数和零件装配函数分析装配误差，从理论上讲是最为完善的研究复杂装配误差的方法，但其过程繁杂而耗时，难以在实际生产中使用。

假设零件在装配过程中不发生任何变形。实际的汽车车身几乎都是由柔性很大的薄板类零件焊接而成的，这些薄板零件在装配、放置、夹紧、焊接过程中均会发生相当大的弹性变形，任何偏差分析方法如果忽略了车身零件的“柔性”特征，都将导致分析结果的严重失真。

目前，研究车身装配过程中的偏差分析模型大致有以下几种。

1.偏差模拟模型

该模型是采用基于刚体假设的偏差模拟方法，首先建立零件偏差和装配之间的函数关系，然后用蒙特卡罗法模拟预测刚体零件的装配偏差。该方法与实际情况存在着明显的偏差，即把明显表现为柔性的车身零件视为刚体零件。早在1980年Takezawa指出“基于刚体假设的误差累积理论难以适用于轿车车身柔性薄板冲压件的装配”，其装配误差可以小于零件的偏差，零件力学偏差模型是建立在影响系数矩阵基础上的有限元模型，它大幅度减少了直接采用蒙特卡罗方法分析薄板装配两维或三维装配偏差的计算量，有效地提高了柔性装配偏差的分析效率。

2.偏置梁单元模型

偏置梁模型是从电阻点焊车身主要装配形式出发，综合考虑焊点力学性质和薄板零件变形的基础上提出的车身装配偏差研究模型，能够揭示薄板零件装配过程的一些基本规律和性质。　　

车身焊装过程偏差源分析

车身装配过程涉及薄板零件、零件的储存和输送、夹具、焊接等过程，其中的每一个环节或因素都会产生偏差，从而形成车身总成或分总成的偏差源。根据产生偏差的因素环节，可以将焊装过程中的偏差源分为零件偏差、工具偏差、夹具偏差和操作偏差四大类。上述四类偏差作为输入偏差，在车身装配过程中经过复杂的耦合、传播和累积，最后形成车身装配综合偏差(输出)。

各类偏差的定义及具体内容如下:

（1）零件偏差 零件偏差是指将零件放于夹具体前与零件装配名义位置的偏差，其来源包括由于模具磨损引起的偏差、冲压参数不合理引起的偏差、冲压回弹引起的偏差、冲压定位不准引起的偏差以及冲压后的零件在运输过程中产生的偏差等。

（2）工具偏差 工具偏差指由焊接工具引起的偏差，主要包括焊枪磨损引起的偏差、焊接规范不合理引起的偏差、焊接顺序不合理引起的偏差等。

（3）夹具偏差 夹具偏差是指由焊装夹具和夹紧过程引起的偏差。主要包括定位元件磨损引起的偏差、定位元件失效引起的偏差、夹具设计不合理引起的偏差、夹紧力不稳定引起的偏差等。

（4）操作偏差 操作偏差是指与操作工人的个人因素有关的偏差。主要包括，由于工人的技术水平不同而引起的偏差、工人的劳动态度引起的偏差、工人的操作手法不同引起的偏差等。

（5）装配综合偏差 装配综合偏差是薄板冲压零件经焊装过程之后所得部件或总成的偏差，是上述四类偏差在焊装过程中耦合与传播的综合结果。

（6）车身零件在工作站上的焊装过程通常可分为四步，可简称为PCWR过程:

1） Placing。  将两个或两个以上车身零件放于夹具体上。

2） Clamping。 夹具定位夹紧各零件，使之达到焊接装配的名义位置。

3） Welding。 焊接各零件，将各件装配成一体。

4） Releasing。 夹紧力释放，夹具放松，焊装得到的部件进入下一个工作站。

零件偏差引起的装配综合偏差分析

车身薄板零件通常由冲压工艺制造得到，由于设计原因、模具磨损以及模具调整等原因，钢板在冲压过程中不可避免地会形成实际零件与理论上在形状和位置上的偏差，这些偏差即为零件偏差。这些偏差对最终的装配综合偏差有重要的影响，车身零件在冲压制造过程中产生的制造偏差极难在PCWR焊装过程中克服。

当夹紧力克服零件偏差导致零件在夹紧过程变形中时，零件可能发生接触或干涉，这是由车身零件的柔性、零件形状复杂性及零件装配方式等特点决定的。在点焊连接零件后夹紧力释放，结构弹性恢复，接触状态又随之改变而影响最终装配偏差的形成。因此，在零件装配过程中因夹紧力作用产生的接触分析是必要的，如果忽略接触问题必然导致分析模型时，缺乏考虑零件与零件之间相互作用关系的能力。

夹具偏差引起的装配综合偏差分析

车身焊装过程涉及近百个工作站(夹具)，上千个夹块和上百个定位销。可以将夹具偏差分为夹块偏差和定位偏差两大类。夹块位置偏差可分为两类，一是某几个夹块各有位置偏差，二是全部夹块具有共同的位置偏差。

由于夹具规制块与零件之间是面接触，夹块位置将影响偏差的传递，也就是夹块位置设计影响装配偏差。个别夹块偏差情况的区别就在于零件局部没有变形发生。假设零件点焊工具和夹块都不存在偏差，仅夹具定位有偏差时，零件与零件也不能实现良好配合，必然会导致装配偏差的产生。显然，尽管零件、夹块和焊枪位置准确而定位位置有偏差，也常常会导致零件在夹具上产生偏差。

工具偏差引起的焊装综合偏差分析

车身焊接过程中使用最多的焊接方式为电阻点焊，点焊工具的焊枪由两个电极组成，以待装配的零件为参照面，点焊工具位置偏差包括垂直于零件表面的位置偏差和沿零件表面的位置偏差两类。

（1）垂直于零件表面的位置偏差 假设零件与夹具没有偏差，当点焊工具存在并垂直于零件表面的位置时，零件和零件之间都在PCWR生产过程中发生变形。而且，已处于装夹名义位置上的零件因该点焊工具偏差的影响必然偏离名义点焊的位置。

（2）沿零件表面的点焊工具偏差 当零件、夹具无偏差时，点焊焊枪沿零件表面的偏差将不会导致装配偏差。然而，当有零件偏差时，点焊焊枪沿零件表面的偏差也与装配偏差相关。
此外，零件装配顺序、点焊连接位置和方式以及零件板厚对白车身焊装偏差也有一定的影响。

车身装配偏差控制

车身焊装过程中的偏差传递过程是一个多源、动态耦合的复杂过程，在长期的生产实践中，人们总结了一些偏差控制及诊断的理论与实践方法，这些方法包括:

1.基于偏差诊断的车身尺寸偏差控制技术

装配尺寸偏差或者源于刚体运动，或者源于结构的变形，其测量数据往往具有很强的相关性。主向量可以较容易地实现测量数据误差源的直观解释，分析根据在线测量的数据，识别偏差模式。

2.基于焊装夹具的偏差控制

焊装夹具的作用是保证焊接零件之间的相对位置和焊接件尺寸的精度，减少焊接过程中焊接件的变形，提高焊装生产率。焊装夹具的设计、制造精度以及使用维护均对焊装过程中偏差的传递有重要的影响。

（1）焊装夹具设计 焊装夹具对车身的装配质量具有至关重要的作用，正确设计的夹具应具有形闭合、力闭合及自锁特征。夹具定位点的选择应使定位误差受零件形状误差影响最小，必要时定位点的接触面设计成弹性结构，以实现夹具定位的牢固性；对于柔性金属薄板，N-2-1定位夹具可以显著降低装夹变形。合理选择零件的定位基准对控制焊装偏差也极为重要，并有利于简化夹具结构。一般应遵守基准的以下原则，一是尽量选用零件上重要的装配孔、工艺孔和装配面作为定位基准；二是应尽量坚持基准统一的原则，即尽量使前、后夹具用相同的定位元素；三是尽量使夹具的设计基准和产品的设计基准或装配基准重合，这样可以消除由于基准不同而造成的尺寸误差，简化装配协调关系，提高装配精度。

（2） 焊装夹具制造及调整使用 夹具的制造精度达不到设计要求也是造成焊装误差的一个重要原因。由于大型焊装夹具的定位元件、夹紧元件数量众多，结构和型面复杂，以及一些焊装夹具制造、装配技术手段上的原因，都可能造成焊装夹具的制造精度有时达不到设计要求，为了保证夹具的制造精度，除了对定位元件的加工误差进行合理控制外，还必须对夹具的装配基准和测量基准的加工精度进行合理控制，操作工人正确使用焊装夹具和焊接工具对偏差传递亦有重要影响，如操作过程中的零件定位失效、定位不准确，夹紧不到位等均会造成焊接偏差的产生，因此操作工人严格按照操作规程进行焊接操作是十分重要的。

3.基于偏差流理论的车身偏差控制

面向制造过程的偏差控制和面向设计过程的偏差控制是偏差流理论相辅相成的两个方面。从其辩证关系讲，产品设计和工艺设计中的偏差控制决定了产品的性能水平；制造过程的偏差控制是实现设计水平的实践环节，二者缺一不可。尺寸偏差控制过程中，并行工程概念必须贯穿始终，只有利于制造的设计偏差控制和与设计相适应的制造过程控制，才是尺寸偏差控制追求的目标。车身装配偏差控制中，夹具的优化设计、牢固性设计、偏差自适应补偿和合理的柔性薄板装配设计都具有吸收偏差的特性，这些因素称为偏差流库。

4.基于自适应补偿的车体装配偏差控制

线内质量控制方法不仅强调对工序的诊断调节，而且重视工序运行的自动控制。自动控制是一种当工序发生状态变化时，只通过参数调整控制参数水平进行校正的方法。传统的车身装配系统中，夹具利用固定定位点定位零件，使偏差信号的采集和对变量施加控制较为困难，因而车身装配线上一般没有设置误差补偿环节，造成制造偏差的堆积，因此提出了通过夹具调整实现车辆缝隙优化装配的系统方法。首先根据缝隙偏差、缝隙平行度和车体间缝隙的一致性，建立多目标约束优化模型，控制参数是夹具的调整量。在当前工序中设置补偿环节或机构，将上一工序偏差消除。

5.基于焊接顺序和接头设计的偏差控制

并联和串联是两种基本的装配形式，串联装配的偏差仅与零件的几何形状有关，装配偏差具有累积性；并联装配的偏差受到几何关系和零件力学关系的双重影响，各误差源对综合误差的影响系数的代数和恒等于1。搭接、对接和角接是薄板装配的三种基本接头形式，接头形式显著影响到综合偏差对零件和工具偏差的敏度。通过采用偏置单元对两薄板并联装配偏差的分析表明，当两零件厚度相当时，搭接接头对工具偏差较敏感，当两零件厚度不同时，刚度较大零件的偏差对搭接综合装配偏差起支配作用；零件搭接边对夹具偏差不敏感，控制零件偏差是装配偏差控制的关键。对于角接接头，当折角件远比平板件厚时，折角件偏差起支配作用；当平板件远比折角件厚时，焊枪偏差起支配作用。

结语

本文主要介绍了车身焊装过程中的偏差分析的常用方法，对车身焊装中常用的折边对接和焊接中由零件偏差、工具偏差以及夹具偏差所引起的综合偏差进行了计算，还介绍了实现车身偏差控制的几种理论与实践方法。