RPS在汽车中的应用Word下载.docx

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4-2设计方案的确定36

结束语46

致谢47

参考文献48

中文摘要i

英文摘要ii

第一章绪论

1-1RPS的开发背景

长期以来，大量的尺寸超差给汽车制造企业带来重大损失：

不仅严重影响

零件功能，而且经常导致零件报废使得汽车成本增加。

尺寸偏差大给整车匹配带来的麻烦更大：

间隙和平度不合格而且原因的查找乂非常困难。

因而保证零件

尺寸精度是每一个汽车制造企业所追求的目标。

那么谁是保证零件尺寸精度的主角？

人们往往认为这是生产部门和质量保证部门的事情，而开发部门只要完成理

论和概念设计就大功告成了。

随着汽车工业技术的进步和业内人士思想观念的转变，零件尺寸精度的保证已不再仅仅是生产部门和质量保证部门的事情，而是要从产品开发阶段就开始

考虑了。

RPSB是出于这种思想被发明出来，并被世界各大汽车公司投入到使用当中。

发明者是率先采用流水线作业而带来世界汽车工业革命的美国福特公司。

在大众公司，RPS被制定成公司标准vw01055。

RPS是德语单词Referenzpunktsystem（定位点系统）的缩写。

从A4车开始，没有填写RPS表格的图纸就得不到认可的批准。

由此可见RPS的重要地位。

下面从几个方面对RPS乍以介绍。

1-2RPS勺定义及制定过程

在设计机械加工工艺规程时，要考虑的最重要的问题之一是怎样将工件装夹在机床上或夹具中。

这里装夹有两个含义，即定位和夹紧。

我们在这里要讨论的就是定位方面的问题。

定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。

RP酬是规定一些从开发到制造、检测直至批量装车各环节所有涉及到的人员共同遵循的定位点及其公差要求。

在确定这些定位点时必须遵循定位点系统的规则。

基准点的通用性必须出现在所有制造、装配、检验和安装工序中。

基准点必须定位在构件的稳定部位上，这些部位即使在后续开发和生产过程中也不会发生变化。

在组织机构方面，RPS系统是由同步工程小组确定的。

同步工程小组由下面各部门的专业人员组成：

z开发部门z质量保证部门z生产部门z规划部

门z协作厂家早在产品开发阶段，各部门的专业人员就在同步工程小组内达成共识的前提下确定零件的RPS系统。

这是因为在后续制造中如果在进行产品更改，就会造成更高费用的产生。

统一的RPS系统使用规则可以使查找错误、

分析错误变得既快捷乂活晰。

另外，依据RPS系统方法制定出目标活晰的措施能够有效地控制住高费用的更改过程。

RPSS统制定过程可以分为下面六个步骤：

1、功能研究；

2、公差研究；

3、RPS系统确定；

4、尺寸图确定；

5、公差计算

6、产品图纸

以副司机气囊为例将各阶段说明如下：

1.功能研究阶段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。

在研究零件功能时，要按照重要程度把各功能排序。

例如副

司机气囊盖板的功能按照重要程度做如下排序：

间隙和平度气囊单元释放螺

栓紧固方式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。

2.公差研究阶段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，公差会造成盖板四周边缘与仪表板开口匹配不好。

3、RPS系统确定阶段RPS系统的确定必须符合零件功能重要性的排序结

果和公差目标。

在本例中，将间隙和平度排在气囊盖板功能重要性的第一位，那

么很自然地将RPS点定义在外表面上，如图1-1所示。

4、尺寸图确定阶段由同步工程小组确定的RP臻需要填入RPSR寸图中。

它是同步工程小组工作用图，在产品图纸完成之前它是有约束力的指导性文件。

5、公差计算阶段在做公差计算时，应当充分利用RPS系统原理来保证设计意图的实现。

公差计算要回答下面两个问题：

一总的公差达到多少？

一它能够保障零件的功能吗？

图1-1副司机气囊盖板功能研究

6、产品图纸阶段在此阶段，将RPS尺寸图进一步扩充内容一把RPS点之后，才能给出图纸的认可。

至此，RPS系统的制定过程全部结束。

1-3课题来源及意义

本课题来源于一汽一大众汽车有限公司产品工程部的科研项目一定位点系统理论的研究及在车门上的应用。

RPS系统对于我们来说还是一门很新的技术，它以提高产品开发水平及产品质量、降低成本增加效益为目标。

在保证整车装配误差不大于2毫米的战役中,RP羽不可没。

所以我对这个课题很感兴趣。

在征得指导教师的同意下，我与一汽大众产品部联系了几次，其中得到了产品部小姜的大力支持，在此深表感谢。

毕业设计是检验所学知识的综合运用能力的重要环节。

由于缺乏实际的生产知识,

我在工程师小郑的陪同下，深入到生产第一线去做一下调研，全面了解该企业的生产现状，从冲压、焊装到总装几乎走了一遍。

论在产品开发以及质量检

测方面应用的最多，所以我乂到质检部看了看，那里的师傅给我讲了许多以前不知道的知识。

特别是车门的内板上大大小小的工艺孔和定位孔，都是十什么用的

呢？

要想在书本上找到答案，恐怕不太可能，即使查阅专业技术资料，也需要几天时间。

可在这里，两天时间就可以掌握了。

看来实践环节的确是巩固所学知识的最佳途径。

另外，这套RPS!

论对于产品开发和质量监控起到了重要的作用。

目前该理论已成为全球各大汽车行业竟相使用的武器，就是因为它的应用可提高产品质量，降低成本，缩短开发周期。

这次设计我选择了宝来A4的前车门作

为研究对象，探讨了车门上定位点的问题，也提出了车门上一些功能点的确定方案。

第二章定位点系统的作用

2、1基准概述基准是机械制造中应用得十分广泛的一个概念，是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点,线或面。

机械产品从

设计、制造到出厂经常要遇到基准问题：

设计时零件尺寸的标注、制造时工件的定位、检查时尺寸的测量以及装配时零部件的装配位置等都要用到基准的概念。

用于确定产品或零件上其他点、线、面的位置的那些点、线、面，统称为基准。

基准的概念只有在研究点、线、面之间相互位置关系时才有意义。

从设计和工艺两个方面看基准，可把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。

设计基准基准工艺基准设计基准设计零件时，根据零件在装配

结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。

这些尺寸（或角度）的起始位置称作设计基准。

简言之，零件设计图上，用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面，称为设计基准。

工艺基准在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。

按其用途不同，乂可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。

工序基准：

工件的加工工序图上用来确定被加工表面位置所使用的点、线、

面，称为工序基准。

在设计工序基准时，主要应考虑如下三个方面的问题：

1）

应首先考虑用设计基准为工序基准，所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查2）当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠的保证零件设计尺寸的技术要求。

定位基准：

工件加工时定位所用的基

准，称为定位基准。

定位基准是获得零件尺寸的直接基准，占有很重要的地位。

测量基准：

工件在加工中或加工后，用来测量工件各表面尺寸、和位置所用的基准，称为测量基准。

装配基准：

用来确定零件在部件或机器中位置的基准，称为装配基准。

在很早以前，我们国家的工程技术人员就已经知道上述各基准应该尽可能使之重合。

例如在设计机器零件时，应尽量以装配基准作为设计基

准，以便直接保证装配技术要求；

在编制零件的加工工艺规程时，应尽量以设计基准作为工序基准，以便直接保证零件的加工精度；

在加工及测量时，应尽量使定位基准及测量基准与工序基准重合，以消除基准不重合误差。

基准不重合误

差的存在，使得工序尺寸的公差不得不缩小，有可能造成加工困难，从而降低生产率，提高加工成本。

2、2公差概述生产任何一种机械产品，都要求在保证质量的前提下，做到高效率、低消耗。

产品的质量与零件加工质量、产品的装配质量有关，零件

的加工质量是保证产品质量的基础。

零件的加工质量包括零件的加工精度和零件的表面质量两大方面。

零件的加工精度乂分为尺寸精度、形状精度和相互位置精度。

所谓加工精度是指零件在加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）与理想零件的几何参数相接近的程度。

实际值越接近理想值，加工精度就越高。

实际加工不可能把零件做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件

实际几何参数与理想几何参数的偏差，称为加工误差。

零件加工精度包含三个方面的内容：

尺寸精度、形状精度和位置精度。

这三者之间是有联系的。

通常形状公差应限制在位置公差之内。

当尺寸精度要求局时，相应的位置精度、形状精度也要求高。

从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对精

确，允许有一定的加工误差，这就是公差。

论对于产品实际尺寸偏差均

在公差带的75%范围内时，定为合格；

当超过75%或轻微超差，但不至于影响后续功能，有条件使用，但必须在工艺加工上进行改进，在规定期限内，进行再次检验。

通常在几轮调试后，发现在工艺上很难改进或更改，费用很高，则由生产单位、规划、质保部门共同出具SKD卡，注明：

局部公差放宽，并不影响功能，最后交由产品部备案；

当存在较大尺寸偏差，已影响后续功能，工件报废，重新调试，定期进行再次检验。

2、3尺寸链概述在机械制造行业的产品设计、

工艺规程设计以及技术测量等工作中，都会经常遇到尺寸链的分析与计算问题。

正确地应用尺寸链理论来解决生产实际问题，对多快好省地发展机械制造工业具有重要的实际意义。

1尺寸链的定义图2-1为某工件以1面定位加工2面，

得尺寸A1;

在下一道工序仍以1面定位加工3面，得尺寸A2。

图2-1为在尺寸为A1得孔内装入尺寸为A2的轴。

在图2-1中，A1-A2-AE就形成了一个封闭的尺寸链。

其中AE是加工后或装配后间接形成的，它的误差大小与A1、A2的误差的大小有关。

因此，尺寸链是由产品技术规范或零件工艺要求决定的某一尺寸和对该尺寸有直接影响的全部尺寸所连接成的尺寸封闭图。

由尺寸链的定义可知，

尺寸链图形必须封闭，而且其中必有一个尺寸是间接形成的。

2、尺寸链的组成

图2-1尺寸链尺寸链由下列各部分所组成：

尺寸环一尺寸链中的各个

尺寸；

它可分为封闭环与组成环。

封闭环一在加工或装配后，间接获得的尺寸，用AE表示。

组成环一在加工或装配过程中，直接获得的尺寸，用Ai表示。

组成环乂可分为增环和减环。

增环一在其它组成环不变时，若某组成环的增大

导致封闭环增大，则该环为增环。

减环一在其它组成环不变时，若某组成环的

增大导致封闭环减小，则该环为减环。

3、尺寸链的分类a.按尺寸链的功能要

求分类工艺尺寸链一一个零件在加工过程中所形成的尺寸联系封闭图。

装配

尺寸链一一组零件在机器设计和装配过程中所形成的尺寸联系封闭图。

b.按尺

寸链间的相互联系分类独立尺寸链一链内所有的环都只从届于该尺寸链，其中任何一环都不再参与其他尺寸链。

并联尺寸链一有一个或几个环，以公共环的

形式存在于两个或更多个尺寸链中，就形成了并联尺寸链，在装配尺寸链和工艺尺寸链中，并联尺寸链是常见的一种形式。

c.按尺寸环的空间位置分类直

线尺寸链一它的尺寸环都位于若十平行线上。

角度尺寸链一它的各尺寸环全由

角度所组成。

平面尺寸链一它的各环不都位于若十平行线上，但却位于同一平面内。

因此，平面尺寸链由直线尺寸和角度尺寸所组成，且具有两个封闭环。

空

间尺寸链一同时具有直线尺寸及角度尺寸，而且它们乂不都位于同一平面上，此类尺寸链称为空间尺寸链。

d.按尺寸环的相关关系分类独立环尺寸链一尺寸

链内所有尺寸环之间都是相互独立的，它们之间没有依赖关系。

相关环尺寸链

一在尺寸链所有的尺寸环中，有一部分之间存在着相关关系。

4.尺寸链的

计算在利用尺寸链来解决生产实际问题时，往往会遇到三种计算问题：

（1）正计算一已知各组成环，求封闭环。

正计算主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求及零件加工后能否满足零件的技术要求。

（2）反计算一已知

封闭环，求各组成环。

反计算主要用于产品设计、加工和装配工艺计算等方面，在实际工作中经常碰到。

反计算的解不是唯一的。

如何将封闭环的公差正确地分配给各组成环，这里有一个优化的问题。

（3）中间计算一已知封闭环及部

分组成环，求其余的一个或几个组成环。

中间计算可用于设计计算与工艺计算，也可用于验算。

其解可能是唯一解，也可能是多解。

2、4尺寸链基本计算公

式机械制造中的尺寸和公差要求，通常是以基本尺寸（A）及上、下偏差（ESEI）来表示的。

在尺寸链计算中各环的尺寸和公差要求，还可以用最大极限尺寸

（Amax）和最小极限尺寸（Amin）或用中间尺寸（AM）和公差（TA）来表示。

为了计算尺寸及其偏差，有时还要用到中间偏差（△MA）。

一、极值法解尺寸链的基本计算公式1.封闭环的基本尺寸封闭环的基本尺寸等于各组成环

基本尺寸的代数和，即A0=£

-=1IniAi式中n——尺寸环数Ai——各组成

环的基本尺寸2.封闭环的极限尺寸封闭环的最大极限尺寸等于基本尺寸与

上偏差的代数和，即Amax=A+ES封闭环的最小极限尺寸等于基本尺寸与下偏差的代数和，即Amin=A+EI3、封闭环的上偏差封闭环的上偏差等于所

有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和ES0乏=mpES1^E-+=11

nmqElq式中ESp增环的上偏差EIq减环的下偏差m增环环数

4、封闭环的下偏差封闭环的下偏差等于所有增环下偏差之和减去所有减环上

偏差之和。

EI0=£

=mpEI1kE-+=11nmqESq式中EI增环的下偏差

ES-一减环的上偏差5、封闭环的公差封闭环的公差等于组成环公差之和，

即T0=£

-=11niTI式中T-一封闭环的公差Ti——组成环的公差由以上公

式可见，封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大。

为了减小封闭环的公差，就应使尺寸链中组成环的环数尽量少，这就是尺寸链的最短路线原则。

2、5

定位点系统的作用定位点系统的作用主要体现在下面三个方面：

一、避免了

由于基准点的变换造成零件尺寸公差加大。

例如：

要在板件上钻孔B和C,这

两个孔与其他件上销钉配合，公差越小越好。

零件上还需要钻出孔D,见图2-3、图2-4。

下面用两种方式加工：

1、加工时基准点发生变化步骤1用孔A定位

钻出孔B和孔D要求AB之间的位置公差为土0.1AD之间的位置公差为土0.1步骤2用孔D定位钻出孔C（这时基准由孔A变为孔D）要求CD之间的位置公差为土0.1孑LB、孔C距离公差结果A…B=±

0.1A・・・D=±

0.1D・・・C士0.1B…C=±

0.3图2-3基准发生变化的情况T0=E-=11niTI式中T——封闭环的

公差Ti——组成环的公差由以上公式可见，封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大。

为了减小封闭环的公差，就应使尺寸链中组成环的环数尽量少，这

就是尺寸链的最短路线原则。

2、5定位点系统的作用

定位点系统的作用主要体现在下面三个方面：

一、避免了由于基准点的变换造成零件尺寸公差加大。

要在板件

上钻孔B和C,这两个孔与其他件上销钉配合，公差越小越好。

零件上还需要钻出孔D,见图2-3、图2-4。

下面用两种方式加工：

1、加工时基准点发生变化步骤1用孔A定位钻出

孔B和孔D要求AB之间的位置公差为土0.1AD之间的位置公差为土0.1步骤

2用孔D定位钻出孔C（这时基准由孔A变为孔D）要求CD之间的位置公差

为土0.1孑LB、孑LC距离公差结果A…B=±

0.1A・D=±

0.1D…C=±

0.1B・C=

土0.3

图2-3基准发生变化的情况

（2）加工时基准不变化步骤1用孔A定位钻出孔B和孔D要求AB之间的位置公差为土0.1AD之间的位置公差为土0.1步骤2板件仍以孔A定位钻出孔C（基准没有变化）要求AC之间的位置公差为土0.1孔B孔C距离公差

结果A…..B=±

0.1A…..C=±

0.1B…...C=±

0.2图2-4基准不变的情况比较两种情况可以看出，加工孔C时基准不变比基准变换造成的公差减小了土0.1mm。

上面的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。

这样就可以有效减小零部件加工误差。

不允许各部门自作主张随意找基准点进行工作。

二、避免了定位板的使用定位板是对于

使用坯料或坯件的冲裁及工件冲孔、修边、弯曲、拉深等定位专用装置。

模具中设置定位板的目的是保证前后工序的相对位置精度及工件内孔与外轮廓的位置精度的要求。

图2-5所示为定位板结构。

对于外形比较简单的工件定位，一般应选择图2-5中a|、b、c、d所示的外形定位板结构。

对于外轮廓形状较复杂的工件，一般应选择e、g所示的结构。

若工件需要经几道冲压工序完成时，则定位板须要以同一个定位基准，使定位基准单一化，以避免定位基准不一致而造成工件的累积误差。

（2）加工时基准不变化步骤1用孔A定位钻出孔B和孔D要求AB之间

的位置公差为土0.1AD之间的位置公差为土0.1步骤2板件仍以孔A定位钻出孔C（基准没有变化）要求AC之间的位置公差为土0.1孔B孔C距离公差

0.2图2-4基准不变的情况比较两种情况可以看出，加工孔C时基准不变比基准变换造成的公差减小了土

0.1mm。

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。

图2-5定位板的结构型式定位板的使用有很大的局限性，并且增大了加工时间。

如果工装用RPS戚调准，那么加工就变成直接的了，定位板不再作为辅助定位工具，参见图2-6。

三、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。

这一点是RPS系统最重要的作用。

第三章RPS系统的五大规则为了使

RPS系统在实际当中发挥作用，必须遵守下面五条规则：

？

3-2-1规则？

坐标

平行规则？

统一性规则？

尺寸标注规则？

RPS尺寸图3、13-2-1规则

物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，用

符号表示为x、y、z、x、y、z,如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间就有一个完全确定的位置。

采用六个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的六个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。

工件的定位是使工件

在空间相对于机床与刀具占有一个正确的位置，这个正确位置可根据各工序的技术要求来确定。

为了达到某个工序的技术要求，并不一定非要使工件的位置达到完全确定的程度不可，即并不一定要完全限制工件的六个自由度。

例如，要在图2-10所示的工件上铢一个通槽，加工要求为：

（a）槽底到工

件底面A的尺寸为a0-Ta,并平行于工件底面A;

（b）槽侧面到工件侧面B的

尺寸为b-Tb0,并平行于工件侧面B。

为保证要求（a）,工件的底面A应放置在与铁床工作台面相平行的平面上定位。

因为三个点决定一个平面，所以，这就相

当于在工件的底面A上放置了三个支承点来对工件定位，这个于工件底面接触的相当于三个支承点的定位平面限制了工件的x、y、z三个自由度；

为保证要求（b）,工件的侧面B应放置在与铁床工作台的纵向进给方向相平行的某一直线上定位。

因为两个点决定一条直线，所以，这就相当于在工件的侧面上放置了两个支承点来对工件定位，这个与工件侧面B接触的相当于两个支承点的定

位线限制了x、z。

如果限制了工件的x、z、x、y、z五个自由度，就可以保证工件的上述加工技术要求，而不一定需要再限制。

所以说，工件所需限制的自由度数取决于工件加工工序的技术要求。

分析工件定位时需要注意的是：

（1）工

件相对于机床与刀具的正确位置，并不一定是工件完全确定的位置，如在图2-10的加工实例中，按照铁槽工序的技术要求，工件在y方向的移动可以不限制。

但是，在实际夹具安装中，为了减小夹紧工件时所需的加紧力或为了减小纵向进给形成范围以提高生产率等原因，往往在y方向上设置一个支承点来对工件的y进行限制，此时工件就被限制了六个自由度，达到完全定位。

但限制y并不是出于

工件定位的需要。

从保证通槽的加工要求考虑，只需限制五个自由度。

（2）

工件定位面与相当的支承点接触，应理解为两者需紧贴而不得脱离。

图2-10所

示实例中，也许有人认为，工件以其A面支承在三个支承点上，工件确实是不能

沿z轴下移了，但工件不是还可以向上移动吗？

这种把物体z自由度看成有十二个自由度一样不对。

因为定位的目的是使工件相对机床和刀具占有某个位置，它

不回答能不能动的问题。

（3）分析