车身RPS设计指导书.pdf

1、 Q/IAT 阿尔特 （中国） 汽车技术有限公司企业标准 Q/IATSJ 292008 2009-01-04 发布 2009-01-04 实施 阿尔特（中国）汽车技术有限公司 发 布 车身RPS设计指导书 Q/IATSJ 292008 I 目 次 前言 II 1 范围1 2 目的1 3 术语和定义1 4 车身 RPS 设计作用 1 5 RPS 系统的五大原则 3 6 RPS 系统制定过程 18 7 RPS 系统在车身设计中的应用 21 8 总结 23 Q/IATSJ 292008 II 前 言 本设计指导书是充分借鉴国内外汽车设计行业对车身设计中RPS系统建立过程的技术要求，和本公司已经开发各

2、车型的宝贵经验，结合公司现有的实际情况及未来发展的需要编写而成的。 本设计指导书由阿尔特（中国）汽车技术有限公司技术委员会提出。 本设计指导书由阿尔特（中国）汽车技术有限公司技术委员会批准。 本设计指导书由阿尔特（中国）汽车技术有限公司技术管理部归口管理。 本设计指导书由阿尔特（中国）汽车技术有限公司白车身设计部起草。 本设计指导书主要起草人：孟晓光。 Q/IATSJ 292008 1 车身RPS设计指导书 1 范围 本设计指导书描述了阿尔特（中国）汽车技术有限公司车身设计开发中， RPS系统的设计原理，过程及应用。 本设计指导书适用于车身系统的设计和开发。 2 目的 为了有效的控制因定位系统

3、产生的公差，保证零部件尺寸精度，实现整车装配高品质。 3 术语和定义 3.1 RPS系统 Reference Points System 是规定一些从开发到制造、检测，直到批量装车各个环节，所有涉及到的人员共同遵循的定位点及公差要求。 3.2 模板 Template 模板是将结构标准化的具体体现形式。 3.3 名义尺寸 Nominal Dimension 名义尺寸是公称尺寸在标准中的规定，指在零件坐标系中，一个点相对于基准点的距离。 4 车身RPS设计作用 4.1 减小零件的加工公差 基准点的变换会造成零件尺寸制造误差加大，采用同一个基准点进行加工，能够保证零件的制造误差为最小。 Q/IATS

4、J 292008 2 示例：要在板件上钻孔B和C，这两个孔与其它件上销钉配合，公差越小越好。零件上还需要钻出孔D，见图1、图2。下面用两种方式加工： a) 加工时基准点发生变换 步骤1）：用孔A定位钻出孔B和孔D 公差 AB = +/-0.1 AD = +/-0.1 步骤2）：用孔D定位钻孔C (这时基准由孔A变为孔D) 公差 DC = +/-0.1 孔B、孔C距离公差结果 AB = +/-0.1 AD = +/-0.1 DC = +/-0.1 BC = +/-0.3 b) 加工时基准不变化 图 1 步骤1）：用孔A定位钻出孔B和孔D 公差 AB = +/-0.1 AD = +/-0.1 步骤

5、2）：板件仍以孔A定位钻孔C (基准没有变化) 公差 AC = +/-0.1 孔B、孔C距离公差结果： AB = +/-0.1 图 2 AC = +/-0.1 BC = +/-0.2 比较两种情况可以看出，加工孔C时，基准固定比基准变换造成的误差减小了+/-0.1mm。 上面例子给我们的提示是：为避免基准变换，必须事先规定好在制造和测量过程中的基准点。而且不允许各部门自作主张随意确定基准点进行加工。 4.2 避免了模板的使用 模板的使用有很大的局限性，并且增加了加工时间。规定工装用RPS点调准，那么加工就变成是直接的了，模板不再作为辅助定位工具，参见图3。 Q/IATSJ 292008 3 用

6、 R P S 点 作 定 位图 3 加工时不用模板 4.3 RPS点是模具、工装、检具的定位点 为了实现统一的定位技术规则，必须保证模具、工装、检测工具都按照RPS点来制造。 5 RPS系统的五大原则 为了使RPS系统在实际当中发挥作用，必须遵守下面五条原则： a) 3-2-1原则； b) 坐标平行原则； c) 统一性原则； d) 尺寸标注原则； e) RPS尺寸图。 5.1 3-2-1原则 5.1.1 一个刚体的平行移动和转动共有6个自由度。 限制其6个自由度， 刚体才能保持平衡。按照3-2-1规则，保持刚体平衡状态需要6个定位点，如图4所示，其中： a) 3个定位点在 Z 方向； b) 2

7、个定位点在 Y 方向； c) 1个定位点在 X 方向。 3-2-1规则由此得来。这些点就是RPS系统的定位点，称为RPS点。 Q/IATSJ 292008 4 3个平移自由度 5.1.2 对于没有孔的零件，6个RPS点是必须的。而有孔的零件往往将孔设定为RPS点。一个圆孔可以限定2个自由度，如图5所示。图中给出的RPS点限定了3个自由度，因此本例子中只有4个RPS点。 3个旋转自由度 图 4 刚体的6个自由度 这个平面作为Z方向的1 个定位点，和孔被定义为一个RPS 点 这个圆孔限定了X，Y方向的平移 定位点 图 5 带孔零件RPS点限定的自由度 Q/IATSJ 292008 5 5.1.3

8、RPS点的标注，见图6。 图 6 RPS点的标注 带有序号的RPS 点名称 孔定位点标记字母 孔限位方向 平面定位方向 平面定位点标记字对定位方式标记字母的含义说明如下： H,h = 孔/销定位 F,f = 平面/棱边/球面/顶点定位 T,t = 理论点 大写字母表示主RPS点的定位方式，小写字母表示附加定位点的定位方式。 小写字母x,y,z表示RPS点的限位方向。 5.1.4 但对于大面积的刚度不足的零件，在保障了3-2-1规则的前提下，还需要附加的定位点来保证零件的平衡状态，如图7所示。 图中RPS5fz是附加定位点，它的命名与主RPS点相似，但定位方式用小写字母表示。 Q/IATSJ 2

9、92008 6 图 7 大面积的刚度不足零件需要附加定位点 5.1.5 3-2-1规则适用于任何形状的零件。但是特殊形状的刚体，会使此规则产生例外。 例 1：球体，只需要3个定位点即达到平衡，旋转对轮廓没有改变，如图8所示。 例 2：旋转体，需要5个定位点即达到平衡，绕中心轴的旋转，外形不发生改变，如图9所示。 例 3：铰接零件需要达到平衡时，将其中一个设为固定件进行RPS设定，另外的铰接件，根据需要增加RPS定位点。因此此部件需要的定位点多于6个，必须有附加的定位才能达到平衡状态，如图10所示。 图 9 旋转体需要5个定位点 图 8 球体只需要3个定位点 Q/IATSJ 292008 7 图

10、 10 铰接零件需要的定位点多于6个 5.2 坐标平行原则 5.2.1 在测量和加工时，零件的放置必须保证能够获得精确的结果。下面通过两种定位系统的对比来分析坐标平行规则的重要性。图11所示为两种定位系统。 定位系统2 定位系统1 图 11 两种定位系统 将合格的零件放到两种定位系统中，似乎看不出有什么不同，见图12。 Q/IATSJ 292008 8 定位系统1 定位系统2 图 12 将合格的零件放到两种定位系统中 当零件出现了制造公差，如图13所示，2个零件在X方向存在偏差它们比合格零件做短了。 定位系统1 定位系统2 图 13 零件在X方向存在偏差 Q/IATSJ 292008 9 5.

11、2.2 将这两个零件分别放到两个定位系统中进行测量，如图14所示。 图 14 将X方向存在偏差的零件放到两个定位系统中测量 可以看出，倾斜放置导致测量结果不正确。这里出现了Z方向的测量偏差，其实零件在Z方向是正确的。同时还可以看出测量得到的X方向的偏差也是不正确的。倾斜放置造成的测量结果会导致这样一些严重后果： a) 尺寸合格的零件会被错误地当成废品； b) 模具根据错误的测量结果在 X，Z 方向上进行修改，其实 Z方向并没有错误； c) 工装被不正确地调整了； d) 通过上述做法导致后来生产的产品都是废品。 5.2.3 为了获得准确的结果，定位点应当是平行于坐标轴的。这里所说平行于坐标轴是指

12、定位平面与坐标平面平行。这些定位点通常被定义为RPS点。不过在有些零件上是找不到与坐标面平行的平面做RPS点的，如图15。 图 15 零件上没有与坐标面平行的平面做定位点 Q/IATSJ 292008 10 这时在不影响功能的基础上应当设计出平行于坐标面的平面作为RPS点，如图16所示。 在零件上压出与坐标面平行的平面 图 16 压出与坐标轴平行的平面 5.3 统一性原则 5.3.1 RPS系统的主旨是通过避免基准转变来保证制造工艺过程的可靠性和可以重复利用的精确性。 5.3.2 RPS系统的统一性规则要求从产品开发阶段直到批量生产，RPS点的使用贯彻始终。当然不是所有的RPS点都一直使用下去

13、，那样的话在总成零件上 就会有许多点是重复的。 5.3.3 下面从纵梁到地板总成的焊接流程来看RPS点按统一性原则的运用。 图 17 焊接前RPS点分布情况 5.3.3.1 图17是总成焊接前各零件RPS点的分布情况。 Q/IATSJ 292008 11 5.3.3.2 图18是第一道焊接工序后RPS点重新确定的情况。可以看到地板总成上有3个RPS点是沿用合成前零件上已有的：总成上的RPS1点是单件左纵梁上的RPS1点，总成上的RPS3点是单件前地板上的RPS3点，总成上的RPS4点是单件右纵梁上的RPS点。 图 18 第一道焊接工序后RPS点重新确定的情况 5.3.3.3 图中各RPS点是完

14、全遵循地板总成的功能要求确定下来的：地板有固定前端框架、座椅、踏板、后轴、付车架以及与侧围连接的功能。 5.3.3.4 图19是地板总成焊接完成后RPS点再一次重新确定的情况。可以看到总成上的RPS1、RPS2、RPS3、RPS4以及附加 RPS点RPS7、RPS8都是从前一步延续使用的，只不过是重新排序。 图 19 地板总成焊接完成后RPS点再一次确定的情况 Q/IATSJ 292008 12 5.3.4 RPS系统的统一性规则还要求所有工艺流程中的输送装置原则上都要使用RPS点作为支点，如图20所示。 图 20 输送装置使用RPS点作为支点 5.3.5 RPS点的设定是从车身到各大分总成（

15、如下车身、侧围、顶盖）再到各级小总成直到单件儿进行的。 5.4 尺寸标注原则 5.4.1 在图纸中尺寸一般是从整车坐标线引出和标注的，往往不标注实际尺寸。这种标注方式会造成推算尺寸公差的增大，如图21所示。 5.4.2 在零件图纸中画出整车坐标是有意义的-这可以确定零件在整车中的位置，这是零件设计过程中重要的基础。可是对于零件的制造和测量，采用整车坐标会带来很多困难。RPS系统要求建立起零件自身的坐标系-零件坐标系，并以此作为基础。 Q/IATSJ 292008 13 为点A和点B从坐标线引出的尺寸 都有+/-0.2的公差 尺寸AB的公差是+/-0.4，因 图 21 从整车坐标线引出尺寸线 5

16、.4.3 零件坐标系是以整车坐标系为基础建立起来的，有下面两种建立方式： a) 通过在整车坐标系中平移建立，这是通常的情况，如图 22 描述了通过在整车坐标系中平移建立零件坐标系的情形； b) 通过在整车坐标系中旋转建立，这是特殊的情况，如图 23，则描述了通过在整车坐标系中旋转建立零件坐标系的情况。 图 22 在整车坐标系中平移建立零件坐标Q/IATSJ 292008 14 图 23 通过在整车坐标系旋转建立零件坐标系 5.5 通过平移建立零件坐标系的尺寸标注规则 5.5.1 按照零件特性选择三个与整车坐标轴平行的平面并求其交点，这个交点定义为 RPS系统的基准点。基准点相对于整车坐标没有公

17、差，零件尺寸以基准点为起点标注。 5.5.2 尺寸标注必须符合零件功能要求，对于重要尺寸要给出直接尺寸。例如安装在翼子板上的转向灯罩的装配要求准确的孔距，如图 24，不仅尺寸要准确，尺寸公差也要满足功能的要求。两个固定孔在翼子板上的位置并不很重要（转向灯在翼子板上位置公差在 1mm时是不易被察觉的），因此它们的位置公差可以较大而对功能没有影响。 基准点 图 24 翼子板上转向灯固定孔尺寸标注 Q/IATSJ 292008 15 5.5.3 在零件坐标系中一个点相对于基准点的距离称为名义尺寸。名义尺寸可以通过减法算出绝对值。如图25所示。 例：基准点在整车坐标系中的坐标为 X=400 Y= -6

18、5 Z=100 定位点RPS3Fz整车坐标为 X=550 Y= -95 Z=100 零件坐标系 整车坐标系 基准点 移动 起点 图 25 名义尺寸举例 那么RPS3Fz的名义尺寸计算结果如表1： 表 1 基准点坐标 RPS3点坐标 名义尺寸 X = 400 - 550 = 150 Y= -65 - -95 = 30 Z= 100 - 100 = 0 注：因为名义尺寸是绝对值，所以都是正值。 5.6 通过旋转建立的零件坐标系规则 5.6.1 有些零件按照平移建立零件坐标系是不合理的，而必须进行一次或多次的旋转才与其拔模方向相一致，如图26所示。对于旋转建立的零件坐标系，在RPS表格中需要填入旋转

19、角，如表2所示。 Q/IATSJ 292008 16 5.6.2 在图纸中RPS点的定位方向用a，b，c 值来表示，如图26所示。对于多次旋转的情况，应在图中说明旋转角度和旋转顺序。在RPS表格旋转栏中注明“见图纸”字样。 RPS1HabFc主定位点； ； RPS7fc附加支撑点。 图 26 旋转建立零件坐标系图纸标注的例子 5.6.3 在图纸中，在确定为RPS点的部位需要画出网格框（网格框的形式及标准以公司统一用模板为准）并引出箭头线标出名称，如图26所示，同时在图中列出RPS表格。RPS表格应该被规定为图纸内容的重要组成部分。RPS表格的形式及各栏目意义如表2所示。 Q/IATSJ 292

20、008 17 表 2 通过平移建立零件坐标系的RPS表格 5.6.4 对表格做以下几点说明： a) 在公差栏内可以看到，零件基准点的公差设置为0，各主RPS点在限位方向上的公差也设置为0，但对于附加支撑点的限位方向允许有公差； b) 第一个RPS点占两行位置，是因为这一点是由孔和面复合而成，在这里孔、面分开填写； c) 在公差栏内第一行Y向公差格中填入小横线，这是为了避免因空格而被视为未注公差； d) 最后两行中，a1是定义出的功能点。a-b为2个功能点之间的距离，对于功能点要给出形位公差，理论尺寸要加上方框。 5.6.5 通过旋转建立零件坐标系的RPS表格，见表3。 表 3 通过旋转建立零件

21、坐标系的RPS表 Q/IATSJ 292008 18 说明：绕X,Y,Z轴的转角用正值(逆时针方向)或负值(顺时针方向)填入表中。 5.7 RPS尺寸图 RPS尺寸图是在图纸完成之前的一种工作用图，供同步工程小组确定RPS点和讨论使用，并作为开发工作的指导性文件。RPS尺寸图有固定的格式，见图27。 可以根据客户的需要，在图纸中列有RPS图表，不做出独立的RPS尺寸图。 图 27 RPS尺寸图 6 RPS系统制定过程 6.1 RPS系统制定 6.1.1 RPS系统是由公司内部的开发部门，主机厂的工艺部门、生产保障部门、质量保证部门，协作厂的供应商等部门的专业人员共同研究制定。 6.1.2 在产

22、品开发阶段，各部门的专业人员就要根据主机厂现有的生产，工艺条件，达成共识。确定零部件的RPS系统。避免后续制造中进行产品更改，造成高额费用的发生。同时，统一的RPS系统使用规则可以使查找错误、分析错误变得即快捷又清晰。 6.1.3 RPS系统制定过程可以分为下面六个步骤： Q/IATSJ 292008 19 a) 功能研究； b) 公差研究； c) 系统确定； d) 尺寸图确定； e) 公差计算； f) 产品图纸。 6.2 RPS系统制定步骤 以副驾驶位的气囊盖板为例将各阶段说明如下。 6.2.1 功能研究阶段 6.2.1.1 首先研究零件与周围各零件的关系，在此基础上进一步研究零件的功能。在

23、研究零件功能时，要按照重要程度把各功能排序。例如副驾驶位气囊盖板（见图28）的功能按重要程度做如下排序： a) 间隙与平度； b) 气囊单元释放； c) 螺栓紧固方式。 6.2.1.2 将间隙和平度放在第一位，是因为对于用户来说第一感觉是外观形象。这种排序思想并不是没有道理的。 X，Y，Z向存在公差 气囊盖板在仪表板切口上的机构元件 中出风口的机构元件 图 28 副驾驶位气囊盖板功能研究 Q/IATSJ 292008 20 6.2.2 公差研究阶段 图 29 RPS点 定义在外表面在这一阶段要考虑的问题是，公差会造成哪些对功能不利的影响？在上面的例子中，公差RPS系统的确定必须符合零件功能重要

24、性的排序结果和公差目标。 在本例中将间隙和平的第一位， 那么很自然地将RPS点定义在外表面上， 如图29所示。 6.2.4 尺寸图确定阶段 6.2.5 公差计算阶段 充分利用RPS系统原理来保障设计意图的实现。公差计算要回答下面两个问题： 另外，公差计算应当包含算术值和统计值两种结果。 在此阶段，将RPS尺寸图进一步扩充内容把RPS点的名义尺寸和公差填加进去。只有在确定出RPS点之后，统的制定过程全部结束。 会造成盖板四周边缘与仪表板开口匹配不好。 6.2.3 RPS系统确定阶段 度排在气囊盖板功能重要性由同步工程小组确定的RPS点需要填入RPS尺寸图中。它是同步工程小组工作用图，在产品图纸完

25、成之前它是有约束力的指导性文件。 在做公差计算时，应当a) 总的公差达到多少？ b) 它能够保障零件的功能吗？ 6.2.6 产品图纸阶段 才能给出图纸的认可。 至此，RPS系Q/IATSJ 292008 21 RPS系统在车身设计中的应用 1 车身产品RPS点的设计阶段 身各级冲压单件、分总成件、总称部件工艺数模设计末焊接关系设计确定以后进行。但是，随着同步工程开展，RPS的设定要贯穿结构设计的在标杆车的分析阶段就应该进行此项工作。 利用各自优势，共同完善开发车型，遵照生产线和标杆车开孔； 高的孔作为定位孔，同时也可以理解为重要的安装孔作为定位c） 的太近，无法保证定位；同时考虑过大零部件的稳

26、定性、强度； 位孔一般为长圆孔，也可为圆孔；但如果辅助定位孔为f） 对于大h） i） 前靠左（主要考虑设计时以左侧为主）； ； 避开焊点，易于焊枪7 7.车身产品RPS点的确定应是在车期，始终，而且应尽可能的提前进行，设计时是沿着整车白车身车身本体及活动件下车身、侧围、顶盖三大总成各级分总成冲压单件的顺序，从最后焊接的部件到最先焊接的部件，再到零件，自大的焊接总成到小的总成进行设计制定，这样有利于保证基准的统一性。 RPS点的确定是一项综合性很强的工作，需要充分掌握工艺方面的知识，包括焊接、冲压的知识，要了解夹具、检具、模具，同时还要了解总装方面的知识，因此，在进行这项工作的过程中，通常由主机

27、厂牵头，夹具供应商、模具供应商介入，这项工作。 7.2 定位孔的设计原则 a） 优先选择大于 8 的孔作为定位孔，地板上的定位孔一般为20 以上；对于共用生产线的新b） 选择公差精度要求孔； 选择检测点附近的孔； d） 定位孔在整个工件上应尽量分开较大距离，合理分布，力争范围大，以便定位准确；靠e） 主定位孔为圆孔，辅助定圆孔，则需要菱形销定位，加工比较困难，强度较低，另外对安装要求较高； 主定位孔有且仅有一个；对于小件或长形件，辅助定位孔也只有一个；而件，刚度较小的可以有两个辅助定位孔（如侧围），也可以有三个辅助定位孔（例如前地板）； g） 各定位孔的轴线应保持平行，有利于工件的取放； 选择

28、位于平面上的孔作为定位孔，这样便于定位面的布置； 主定位孔一般靠j） 零件上用于安装销的孔，应当选作定位孔； k） 定位孔的布置要遵循“平衡”原则，前后、左右应当相互呼应l） 选定的主定位孔不能在后续焊接中被遮住，定位面的选定应操作； Q/IATSJ 292008 22 m） 分总成件中各部件的定位，先放入夹具的为小孔，置于其上的零部 件，孔相对大定位孔的公差一般定为0，+0.2，也可根据客户要求适当调整。 7.3 a） ，也可适当增大，但定位面； d） ，不宜过密或过疏，其距离的设定主要根据材g） 原则，前后、左右应当相互呼应。 也可根据客户要求适当调整。 7.4 7.4.7. .2 采用一

29、销，见图31。 一些，也可根据夹具供应商的要求设计成等大小的孔。 定位面的设计原则 定位面无需很大，一般1620左右即可；零件如果刚性较差不宜太大，否则容易产生误差； b） 定位孔附近要设置c） 重要的安装面（装配面、外观匹配面、焊接匹配面）处要设置定位面； 定位面之间一般间隔300mm450mm料的料厚、刚性进行设定； e） 刚性不足的地方设置辅助定位面； f） 根据冲压工艺，应当选择精度高的面作为定位面； 尽可能选择平面作为定位面；h） 避开焊点位置，选择定位面； i） 检测点所在的平面也应选作定位面； j） 定位面的设定也应符合“平衡”定位面的公差一般定为-0.5，+0.5，常用的几种定

30、位方式 1 采用两销，见图30。 FZFZX 图 31 图 30 4HxHxyY FZFZFZX HxyY FZFxQ/IATSJ 292008 23 7. 采用面，见图32。 8 总结 RPS这种新的定位体系统对于汽车制造业是非常重要的，利用这门新技术可以统一基整车的品质，保证产品质量的稳定性。RPS定位系统应当是在开发的前期阶段就必须考虑，设计公司应将其加入到产品的设计理念中，目前它对于我们的还是一个崭新的4.2FZFZX FY 图 32 准，提高技术，虽然我们大家已经开始接触并且也有了一些尝试性的应用，但是为了满足越来越多的客户要求，我们需要进一步提高对它的重视程度，需要进一步学习与贯彻执行RPS，所以将这一技术引入到我公司自主开发的产品上来是必由之路，也是我们在不久的将来必需要面对的课题。 FZFx Fx