趙海東，楊保成，申 勇，焦洪宇

（常熟理工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

隨著汽車技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)高質(zhì)量汽車的需求不斷增加.檢具是一種用來檢測(cè)和評(píng)價(jià)汽車零部件尺寸的專用檢驗(yàn)設(shè)備［1］.在生產(chǎn)過程中，將工件置于檢具上，可對(duì)零件質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的判斷.因此檢具對(duì)汽車質(zhì)量的監(jiān)測(cè)管理起到了關(guān)鍵作用，它能適應(yīng)生產(chǎn)企業(yè)大批量生產(chǎn)的需求，同時(shí)有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率［2］.檢具由支撐裝置、定位裝置、夾緊裝置、檢測(cè)裝置以及其他的輔助裝置構(gòu)成［3-4］.它主要向通用化、輕量化、可回收化、柔性化和數(shù)字化方向發(fā)展［5］.嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)制造的檢具，能夠涵蓋零件所有參數(shù)，對(duì)零件的符合性進(jìn)行檢驗(yàn)，從而提高零件的制造精度.因此對(duì)檢具的開發(fā)顯得尤為重要,其勢(shì)必成為汽車行業(yè)中重要的組成部分［6-7］.

1 轉(zhuǎn)向管柱上護(hù)罩建模

轉(zhuǎn)向管柱上護(hù)罩屬于汽車內(nèi)外飾件中塑料件的類別，主要起到裝飾的作用.產(chǎn)品性能要符合車身內(nèi)外飾件規(guī)定，要按照國(guó)家規(guī)定進(jìn)行工件阻燃性試驗(yàn)，其燃燒速度不大于70 mm/min.產(chǎn)品上的突出物要滿足《乘用車內(nèi)部突出物》法規(guī)規(guī)定，重量及材料根據(jù)實(shí)際使用要求進(jìn)行選擇.上護(hù)罩結(jié)構(gòu)如圖1所示.

對(duì)被測(cè)轎車轉(zhuǎn)向管柱上護(hù)罩進(jìn)行激光掃描，獲取具體數(shù)模參數(shù)，然后對(duì)工件進(jìn)行三維建模，如圖2所示.參照工件的零件圖對(duì)待測(cè)工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定檢具關(guān)鍵信息，如基準(zhǔn)面、凹凸情況、待檢測(cè)截面和定位面等，如圖3所示.

2 檢具體及斷面樣板的建模

2.1 檢具體的建模

在檢具設(shè)計(jì)過程中，關(guān)鍵是對(duì)檢具體的建模，檢具檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確與否取決于檢具體建模是否準(zhǔn)確.目前，在行業(yè)中采用“實(shí)物反求”法對(duì)檢具體進(jìn)行建模，通過激光對(duì)工件進(jìn)行掃描，從激光檢測(cè)儀中得出實(shí)物數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理后得出檢具體建模數(shù)據(jù)，最后利用相關(guān)的制圖軟件構(gòu)建其三維模型.由于零件本身存在制造誤差與裝配誤差，為避免相互干涉，設(shè)計(jì)時(shí)在檢具體與零件的表面間留有一定的間隙，以確保檢具能夠正常使用.

在UG中首先將工件表面沿外輪廓向內(nèi)偏置3 mm的距離，接著將工件檢測(cè)表面沿切向或者法向延伸20 mm作為檢具的檢測(cè)面并標(biāo)記不同顏色，將基準(zhǔn)面拉伸一定距離得到檢具體.對(duì)于特殊的表面，待檢具體成型后再修剪.檢具體模型如圖4所示.

圖1 上護(hù)罩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 工件三維模型

圖3 檢具基準(zhǔn)示意圖

圖4 檢具體模型

2.2 斷面樣板的建模

在上護(hù)罩檢具中，通過斷面樣板對(duì)待測(cè)工件的關(guān)鍵形面進(jìn)行檢測(cè)，斷面樣板主要分為旋轉(zhuǎn)式、插入式和推拉式3類，當(dāng)工件的跨度較大時(shí)，為保證檢具在垂直方向的測(cè)量精度，通常將插入式斷面樣板作為設(shè)計(jì)首選，但當(dāng)遇到特殊的形面時(shí)，可采取打斷式設(shè)計(jì).

設(shè)計(jì)時(shí)考慮到上護(hù)罩檢具的檢具體主要用來檢測(cè)工件的內(nèi)表面（如圖4橢圓范圍內(nèi)）.上護(hù)罩檢具的斷面樣板主要用來檢測(cè)關(guān)鍵截面的外表面，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)使檢具的工作表面與工件的外表面間保持2～3 mm的距離，其建模方法與檢具體類似.斷面樣板的具體工作表面材料要根據(jù)實(shí)際情況來確定.旋轉(zhuǎn)式斷面樣板與插入式斷面樣板如圖5所示.插入式斷面樣板主要用于檢測(cè)被測(cè)工件下表面的自由曲面（如圖6方框所示）.

圖5 斷面樣板

圖6 斷面樣板安裝示意圖

3 底板總成及檢具支架設(shè)計(jì)

3.1 檢測(cè)裝置選取

檢測(cè)裝置主要用來表征被測(cè)參數(shù)實(shí)際數(shù)值或其誤差的大小.檢測(cè)裝置的精度、檢測(cè)點(diǎn)的位置都會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性.將工件置于檢具上，用檢測(cè)裝置來判斷各曲面的尺寸是否符合要求.本設(shè)計(jì)中，采用通止規(guī)和面差規(guī)來進(jìn)行定性檢測(cè).檢測(cè)裝置如圖7所示.

圖7 檢測(cè)裝置

3.2 底板總成設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)采用鑄鋁材料的底板，因其材料硬度不高、易切削加工、耐磨性較好.底板上刻有百位線，每隔100 mm作為一檔進(jìn)行刻注，百位線可起到提高裝配效率、提高三坐標(biāo)檢測(cè)儀對(duì)檢具精度檢測(cè)的測(cè)量速度和美化檢具外觀的作用.要確保底板具有一定的裝配強(qiáng)度，底板上設(shè)有3個(gè)基準(zhǔn)孔，孔上裝有基準(zhǔn)塊，底板上還配有通止規(guī)和面差規(guī)等測(cè)量?jī)x器，如圖8所示.

圖8 底板總成

3.3 檢具支架設(shè)計(jì)

為匹配工件在車上位置，使檢測(cè)更方便準(zhǔn)確，需模擬產(chǎn)品在車上的實(shí)際安裝位置，因此檢具支架孕育而生，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)出合適的檢具支架，如圖9所示.

圖9 檢具支架

4 定位裝置設(shè)計(jì)

在國(guó)內(nèi)，汽車車身坐標(biāo)系通常以汽車前輪前橋上平面的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以汽車由車頭到車尾的長(zhǎng)度方向?yàn)閄軸，以汽車由車底到車頂?shù)母叨确较蛟O(shè)為Z軸，以汽車的寬度方向?yàn)閅軸.檢具基準(zhǔn)的選取通常以基準(zhǔn)統(tǒng)一、基準(zhǔn)重合、互為基準(zhǔn)、自為基準(zhǔn)為選取原則，從而能確保整個(gè)工件的定位更準(zhǔn)確、夾緊更可靠、操作更便捷.

檢具通常采用3-2-1定位法則來進(jìn)行定位，檢具上零件的定位主要通過3個(gè)平面來確定，即第一基準(zhǔn)面（a）、第二基準(zhǔn)面（b）和第三基準(zhǔn)面（c）.第一基準(zhǔn)需要3個(gè)或者更多的接觸點(diǎn)，第二基準(zhǔn)需要2個(gè)接觸點(diǎn)，第三基準(zhǔn)需要1個(gè)接觸點(diǎn)，即3-2-1原則.實(shí)際生產(chǎn)中盡量選擇零件的重心平面作為第一平面，以便于零件與基準(zhǔn)面更好的接觸.

因?yàn)樯献o(hù)罩的檢具較小，故在上護(hù)罩檢具的底座上設(shè)有3個(gè)基準(zhǔn)孔（見圖10），并裝有3個(gè)基準(zhǔn)塊，如圖11所示.

圖10 檢具底座上的3個(gè)基準(zhǔn)孔

圖11 基準(zhǔn)塊

5 夾緊裝置設(shè)計(jì)

考慮到零件在汽車上的安裝位置，當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可利用夾緊裝置，使零件與基準(zhǔn)面較好貼合，從而防止檢測(cè)時(shí)工件發(fā)生不必要的滑動(dòng)而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確.夾緊裝置應(yīng)該以不使定位和零件遭到損壞為原則，同時(shí)要保證其結(jié)構(gòu)輕巧且便于零件的裝卸.設(shè)計(jì)時(shí)盡可能采用市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)件，以避免日后更換的麻煩.而且要確保夾緊機(jī)構(gòu)在伸縮過程中有足夠的空間，不與其他工件發(fā)生干涉.夾緊裝置要有足夠的剛度，能夠把零件的變形控制在最小范圍內(nèi)，夾緊裝置的夾頭最好能夠與基準(zhǔn)面保持垂直.

本次設(shè)計(jì)主要采用以下兩類夾緊裝置：一類是利用鎖緊螺釘和卡扣的組合對(duì)工件進(jìn)行夾緊，如圖12所示；另一類是利用滑條和定位塊的組合對(duì)工件進(jìn)行夾緊，如圖13所示.最后在UG中完成工件與檢具的裝配，如圖14所示.通過UG中的制圖模塊導(dǎo)出檢具的裝配圖和零件圖，并進(jìn)行裝配圖與二維零件圖的尺寸標(biāo)注.

圖12 夾緊機(jī)構(gòu)

圖13 卡緊機(jī)構(gòu)

圖14 工件與斷面樣板裝配示意圖

6 結(jié)論

采用UG進(jìn)行檢具設(shè)計(jì)，只需根據(jù)樣件或產(chǎn)品圖紙來建立產(chǎn)品的三維模型，利用軟件的編輯功能可完成大部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，創(chuàng)建出來的模型與產(chǎn)品達(dá)到較好匹配度，檢具的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì).可見，在滿足客戶要求的前提下，利用UG進(jìn)行檢具設(shè)計(jì)，可以有效地根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際設(shè)計(jì)要求、工作特性并結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外觀特點(diǎn)決定檢具的設(shè)計(jì)方案，從而使檢具更能達(dá)到預(yù)期的使用目標(biāo).