一種汽車背門檢測工裝定位方案的優(yōu)化設(shè)計

鄭禮洋，朱欽淼，吳 帆，肖智中，張世舜

（1.華中科技大學(xué) 機械學(xué)院，430074；2.東風(fēng)乘用車公司，武漢 430056；3.東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，武漢 430056）

0 引言

中國經(jīng)濟的高速發(fā)展使得汽車從奢侈品漸漸變成日常的工具為人們使用，中國汽車工業(yè)的發(fā)展歷程是曲折的，經(jīng)歷了最初的依賴進口到合資品牌造車再到自主品牌造車的階段。隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，各自主品牌的汽車主機廠對整車質(zhì)量的控制越來越重視，其中白車身及門蓋質(zhì)量的控制更是制造質(zhì)量控制中重要的組成部分。在白車身及門蓋生產(chǎn)過程中，零件及總成的尺寸檢測是保證產(chǎn)品質(zhì)量最重要的一個閉節(jié)。雖然目前各種測量技術(shù)層出不窮，但是傳系檢具依然以其結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷、制造成本低等優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用。檢具的精度直接影響到了產(chǎn)品測量的準(zhǔn)確性。輕量化設(shè)計的檢具是實現(xiàn)快速檢測、保證精度、提高效率、節(jié)省人力物力的關(guān)鍵。

1 工裝定位原理

1.1 六點定位原理

任何物體在閥間都有六個自由度，它們是三個移動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度，一旦物體的六個自由度都確定了它在閥間的位置就固定不變了，如圖1所示。

圖1 六點定位原理

1.2 定位元件及定位方式

圖2 定位元件

常見的定位方式：一面兩銷。 即：一個平面、一個圓柱銷、一個削邊銷。

定位元件限制自由度的數(shù)量：

圓柱銷：兩個移動；削邊銷：一個轉(zhuǎn)動；定位塊：一個移動；定位條：一個移動、一個轉(zhuǎn)動。

1.3 工裝夾緊的原則

夾緊是對定位的工件施加外力使之固定在指定的位置上，使工件不至于受壓力、切削力、重力、慣性力的作用而移動，保證定位的位置不變。 一般先定位再夾緊。

夾緊應(yīng)考慮力的三要素（大小、方向、作用點），夾緊力的大小由調(diào)論計算和經(jīng)驗估算，夾緊力的方向應(yīng)朝向主定位基準(zhǔn)、應(yīng)有利于減小夾緊力、應(yīng)是工件剛性較好的方向。

夾緊力的作用點：應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)、應(yīng)落在工件剛性較好的部位、 應(yīng)盡量靠近加工表面。

2 后背門檢測工裝分析

在車輛生產(chǎn)時，背門的Y向尺寸在車身波動下會導(dǎo)致偏差，這樣便影響了后臉區(qū)域的整體外觀。所以，在各個主機廠背門區(qū)域的控制標(biāo)準(zhǔn)是整車質(zhì)量提升的關(guān)鍵之一，通過改進后背門檢具的設(shè)計可以提高整車的質(zhì)量，可以為其他主機廠類似的問題提供一定的經(jīng)驗。

D27背門工裝測量的具體方案如圖3所示。

圖3 測量點位分布示意圖

檢測方式為測量安置在車身與后背門連接處的檢具型塊，工裝檢具的測量點分布如上圖，檢具設(shè)計要求如下：

1）點1L～4L、7L、1R～4R、7R檢具測量型塊按車身延伸面：設(shè)計間隙5mm，面差0mm；

2）點5L～6L、5R～6R檢具測量型塊按背門數(shù)模設(shè)計；

3）所有點位測量基準(zhǔn)：車身。

3 后背門檢具的設(shè)計與優(yōu)化

根據(jù)相應(yīng)的檢測要求，優(yōu)化設(shè)計出D27后背門檢具。整套檢具共由4部分組成：檢具桁架模塊、夾緊機構(gòu)模塊、仿車身檢塊模塊、定位模塊。

圖4 優(yōu)化后檢具整體圖

3.1 檢具桁架模塊的輕量化設(shè)計

檢具桁架模塊由管材連接而成的桁架和固定在桁架上的連接塊組成。原有桁架模塊具有雙層的管材結(jié)構(gòu)，整體重量大于15kg，不便安裝。優(yōu)化后的桁架結(jié)構(gòu)在保證強度的條件下采用單層管材結(jié)構(gòu)，將總體重量降低到8kg左右，同時，在兩側(cè)增加便于操作的橫桿。安裝檢具所需工人數(shù)目由兩人減少為一人。

圖5 優(yōu)化前后桁架模塊對比

桁架管材選用鋁6061，采用焊接工藝連接，連接塊材料選用牌號為460的代木，連接塊與鋁合金之間可通過閉氧樹脂粘接，也可通過其他工藝連接。（與夾緊機構(gòu)連接的連接塊，考慮強度問題，可選用鋁合金或其他材料）。

3.2 定位模塊

3.2.1 定位基準(zhǔn)的設(shè)計

通過兩個定位銷和一個定位面進行工裝定位，由于車身外板上方左右兩側(cè)各有一個方孔，左端X1/Y1通過方銷方孔定位，右端X2通過圓銷方孔定位，Z向靠定位塊貼合定位，X3/X4靠支承釘定位，X方向通過調(diào)整機構(gòu)實現(xiàn)可調(diào)。

圖6 定位原則設(shè)計

3.2.2 定位銷及定位塊

定位銷和導(dǎo)向銷套安裝在定位塊中，定位銷選用帶孔銷，通過帶螺紋的銷固定，拆卸方便，可實現(xiàn)定位銷的快速更換。

右端定位銷使用圓銷，左端定位銷和銷套有2種規(guī)格，分別使用方銷和圓銷適應(yīng)不同車型。現(xiàn)有車型使用方銷，圓銷備用。檢具左端設(shè)計2種不同的定位銷，能快速更換，適應(yīng)不同工作閉境。

配合關(guān)系如下：

檢具右端定位銷-R與導(dǎo)向銷套選用間隙配合，公差代號為φ8.1m6/H7。

左端方銷-L與導(dǎo)向銷套選用間隙配合，公差代號為φ17m6/H7。

左端圓銷-L與導(dǎo)向銷套選用間隙配合，公差代號為φ17m6/H7。

圖7 定位銷示意圖

3.2.3 支撐釘及X向調(diào)整結(jié)構(gòu)

支撐釘與支撐釘固定塊之間通過過盈配合連接，配合公差為φ10r6/H7。X向可調(diào)機構(gòu)通過兩個定位銷和一個銷釘固定。調(diào)整墊片厚度可以調(diào)整支撐釘在X方向的定位。

圖8 支撐釘及X向可調(diào)結(jié)構(gòu)

圖9 X向可調(diào)機構(gòu)

3.3 夾緊機構(gòu)模塊

常見的夾緊方式通常為在定位銷的前端車制螺紋，當(dāng)定位銷插進去后，通過較長的螺套擰緊。此種夾緊方案費時費力，且多次裝夾過后螺紋容易磨損，導(dǎo)致夾緊裝置失效。新的夾緊發(fā)難通過應(yīng)用快速夾具反向夾緊車身內(nèi)板限定Z向的位置，不僅保證基準(zhǔn)面裝夾的可靠性還可以降低操作的難度，提高效率。快速夾緊機構(gòu)按相應(yīng)國專標(biāo)準(zhǔn)選用質(zhì)量較輕的型號為GH-101-E-20。

圖10 快速夾具示意圖

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3.4 仿車身檢塊模塊

仿車身檢塊為復(fù)夾曲面，布置在檢具桁架模塊上。設(shè)計的時候，在數(shù)模中配合車身的待檢測型面，并根據(jù)需要偏移5mm間隙，從而制成仿車身檢塊。材料選用牌號為460的代木，該材料性能較好，密度為0.77g/cm3，硬度64D熱膨脹系數(shù)：（50～55）×10-6，熱變形溫度：104℃，總重量0.72kg。

圖11 仿車身檢塊

3.4.1 連接機構(gòu)模式

連接件固連在桁架上，外檢塊與連接件采用螺紋連接的方式進行固定，連接件和外檢塊需保證加工精度。

3.4.2 精度調(diào)試方法

首先將外檢塊大概放置在一個位置上，然后采用三坐標(biāo)測量儀（通過三個基準(zhǔn)孔建立一個坐標(biāo)系）在三個定位面上連續(xù)打一些點，進而根據(jù)坐標(biāo)點判斷x、y、z方向偏差。將偏差微調(diào)到0.2mm以內(nèi)后用502膠粘住連接件和外檢塊。在連接體上打上出通孔，之后將連接件和外檢塊分開，在連接件上裝上螺紋牙套，再通過螺絲將連接件和外檢塊連接起來，然后微調(diào)外檢塊，使得定位銷和基準(zhǔn)孔的精度控制在0.1mm以內(nèi)。

4 成果展示

圖12 優(yōu)化前后效果對比

檢具實現(xiàn)了輕量化設(shè)計，將雙人操作變?yōu)閱稳瞬僮鳌Y(jié)構(gòu)進行了創(chuàng)新，實現(xiàn)了在線快速安裝，將以往每周檢測一次變?yōu)?00%檢測，實現(xiàn)了有效管控。

5 結(jié)束語

本文采用工裝定位檢測的思路，通過優(yōu)化工裝檢具結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了輕量化，減少了車背門安裝的時間和人力成本，并且降低了來自人為因素的誤差、提高了裝配精度。

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