一種汽車內外飾產品柔性試驗工裝設計

羅宇星，龍 瓊，卓付勤

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545007）

汽車內、外飾系統是汽車車身的重要組成部分，內飾系統主要包括以下子系統：儀表板系統、副儀表板系統、門內護板系統、頂棚系統、立柱護板系統等，外飾系統主要包括汽車前、后保險杠、汽車車身裙板、外側圍、擾流板等。這些品種繁多的產品在量產前都需要按照實車狀態安裝固定在相應的工裝夾具上開展大量的試驗驗證。

內外飾產品試驗工裝是指實驗過程中模擬內外飾產品在整車環境中實際裝配專用裝置，其目的就是使產品保持與整車裝配環境相同或相似的狀態才進行實驗，以達到實驗效果。

目前用于安裝固定這些產品的試驗工裝結構大多是根據產品的結構特點設計成固定的形式，通過焊接或鉚接方式進行連接，只能用于單一產品且單一安裝狀態開展試驗，一旦更換產品種類或產品的狀態，產品的安裝點發生變化，則現有工裝就無法繼續使用，造成大量的浪費。同時，由于產品種類的多樣性和相同種類的產品又有多種狀態，相應的工裝需求量就會很大，對工裝的維護、維修和管理造成不利的影響。以組合夾具為基礎的柔性夾具是適用于不同機床、不同的產品或同一產品不同規格型號的夾具。柔性夾具更適用于數控機床、加工中心機床、柔性加工單元（FMC）和柔性制造系統（FMS），是現代夾具的一個主要發展方向[1]。

因此，如何設計柔性試驗工裝，可根據不同產品及不同的安裝狀態任意調整組合，滿足不同的試驗需求，且可反復使用，節省試驗成本和工裝存放空間，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

1 傳統內外飾產品實驗工裝結構與缺點

目前用于安裝固定內外飾產品的試驗工裝結構大多是根據產品的結構特點設計成固定的形式，通過焊接或鉚接方式進行連接。本文以目前最為常用的焊接式的儀表板為例進行分析。

圖1為一種儀表板試驗工裝結構圖片。該儀表板試驗工裝采用焊接固定方式，將工裝的各個結構焊接到工裝基座上。雖然該固定方式保證了試驗的順利進行，但不利于多樣性和產品的設計變更，一個工裝只能安裝一種型號的產品，當產品種類和型號多樣化時，需要做大量的工裝。產品設計變更時，工裝必須更改或者重新制作。采用該結構，工藝一般是通過焊接拼裝成工裝總成，然后對工裝總成噴防銹漆。

圖1 焊接式儀表板工裝結構圖

2 柔性結構內容及優勢

本實用新型結構的目的是提供一種柔性工裝，可根據不同產品及不同的安裝狀態任意調整組合，滿足不同的試驗需求，且可反復使用，節省了大量的試驗成本。同時滿足內外飾產品的試驗效率及制造質量。

針對傳統焊接固定式內外飾工裝的缺點，本新型柔性工裝采用螺栓連接的裝配方式，整個工裝的結構如圖2所示。工裝結構由鋁型材框架、支柱安裝座、旋轉支架安裝支柱、旋轉支架、樣件安裝點支撐過渡板組成，工裝的所有結構都可以根據內外飾零件的尺寸大小、形狀、高度、安裝支點的空間位置進行任意調整。在滿足試驗功能的同時，保證柔性工裝的可靠性、質量及改善工藝性。

圖2 柔性工裝結構圖

以下對該柔性工裝結構和功能進行簡單地介紹。

2.1 鋁型材框架結構和功能

鋁型材框架是整個柔性工裝的基礎，其結構形狀和尺寸決定工裝的基本功能。本設計中，搭建鋁型材框架的鋁材設計成四面帶T型曹橫截面為正方形的柱體。柱體間連接使用L型連接片和T型螺栓螺母組件連接。圖3為柱體間連接示意圖。

圖3 鋁型材框架結構圖

由圖3所示，柱體間連接通過T型螺栓螺母組件進行連接，擰緊螺母進行緊固。就可以根據內外飾零件的長、寬、高基本尺寸進行選擇組成鋁型框架的立柱長度和高度，從而實現了鋁型材框架結構的柔性功能。

2.2 支柱安裝座結構和功能

支柱安裝座是連接鋁型框架和安裝支柱的橋梁，其結構如圖4所示。

圖4 支柱安裝座結構圖

由圖4所示，支柱安裝座通過T型螺栓螺母組件連接到鋁型材框架，擰緊螺母進行緊固。支柱安裝座可以在鋁型材框架上自由安裝，橫向和縱向均可自由活動到需要的位置，從而實現了鋁型材框架結構的柔性功能。

2.3 旋轉支架安裝支柱結構和功能

旋轉支架安裝支柱用于支撐旋轉支架。

由圖5所示，旋轉支架安裝支柱兩端穿過支柱安裝座，通過螺釘進行緊固。旋轉支架安裝支柱和支柱安裝座的位置可以任意調整，從而實現了旋轉支架安裝支柱的柔性功能。

圖5 旋轉支架安裝支柱結構圖

2.4 旋轉支架結構和功能

旋轉支架是整個柔性工裝的核心部分，旋轉支架的柔性功能決定著整個工裝的功能。

由圖6所示，旋轉支架一端用螺栓和樣件安裝點支撐過渡板進行連接，另一端用螺栓緊固在旋轉支架安裝支柱上，松開螺栓，旋轉支架可以沿著旋轉支架安裝支柱徑向左右移動，也可以繞著旋轉支架安裝支柱軸向360°旋轉。高度可通過螺紋進行調整，從而實現了旋轉支架的柔性功能。

圖6 旋轉支架結構圖

2.5 樣件安裝點支撐過渡板結構和功能

樣件安裝點支撐過渡板是連接試驗樣件和旋轉支架的機構。

由圖7所示，樣件安裝點支撐過渡板一端固定在旋轉支架上，另一端用于固定實驗樣件。樣件安裝點支撐過渡板的位置和高度，通過調整旋轉支架的位置和高度實現對不同樣件的柔性連接。樣件安裝點支撐過渡板主要有四種類型，如圖8所示。圖A類型主要用于樣件安裝點的平面支撐，圖B類型主要用于樣件安裝點的平面螺栓連接，圖C類型主要用于樣件安裝點的斜面螺栓連接，圖D類型主要用于樣件安裝點的垂直面螺栓連接。可以根據樣件安裝點的實際要求選擇樣件安裝點支撐過渡板的結構類型。

圖7 樣件安裝點支撐過渡板結構圖

圖8 四種類型樣件安裝點支撐過渡板結構圖

通過上述描述可知，在設計具體實施例所提供的柔性實驗工裝中，根據內外飾產品樣件的類型、外形尺寸、安裝點位置等因素，通過調整鋁型材框架、支柱安裝座、旋轉支架安裝支柱、旋轉支架、樣件安裝點支撐過渡板的位置、高度、角度、類型等，就可以實現工裝和樣件的柔性連接要求。并且，從裝配工時和費用考慮，柔性實驗工裝與普通工裝是一樣的，僅需常規套筒、扳手、起子等常用工具即可，不需要投入新的設備和工具，對操作員的安裝操作技術要求不高，不會因此增加裝配工時和費用。同時降低了大量的工裝制作成本，利于實驗的進行和場地的管理，可以快速運用到各類型零件中。

3 分析結論

柔性實驗工裝已經普遍應用于各實驗機構和組織，減輕了工作人員工的負擔，保證實驗的順利進行。在此基礎上，設計技術人員更需要創新，尋找新的一些設計點，完善優化現有結構并不斷創造新的結構方案。這種創新的需求同時也適用于整個制造行業的技術人員，只有不斷創新，才能設計制造出更優的產品以服務社會。