基于UG的汽車(chē)左艙梁前段的檢具設(shè)計(jì)

陳李萍，胡曉珍

（浙江海洋大學(xué)，浙江 舟山 316000）

0 引言

檢具是直接對(duì)沖壓件結(jié)構(gòu)、大小、局部特征進(jìn)行檢測(cè)的專(zhuān)用檢測(cè)產(chǎn)品，是檢測(cè)銷(xiāo)、通止規(guī)、卡板等綜合檢測(cè)器具的總稱(chēng)，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品檢測(cè)的重要工具和方式，它的設(shè)計(jì)制造是為了方便對(duì)成型產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)量。

檢具不是直接用于對(duì)被測(cè)工件的結(jié)構(gòu)、相互位置和相互尺寸進(jìn)行檢測(cè)的，因?yàn)樗](méi)有像其他量具一樣的刻度，雖然有汽車(chē)坐標(biāo)系，但它的作用僅僅是對(duì)沖壓件在整車(chē)位置的定位。檢具可以判斷出被測(cè)要素的精度是否精確，外觀是不是平滑，是否在制造公差范圍內(nèi)等問(wèn)題。不僅可以用于大批量的生產(chǎn)場(chǎng)合，而且它比使用通用計(jì)量器具的檢驗(yàn)方法更加省時(shí)省力，具有輕便、結(jié)構(gòu)精巧、檢測(cè)精準(zhǔn)和使用方便的特點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)夾具而言具有更輕便、外觀優(yōu)雅、不易磨損、不易破壞變形且便于使用等優(yōu)點(diǎn)，并且不容易損傷所檢測(cè)零件。

檢具設(shè)計(jì)的合理性及精度，會(huì)直接影響汽車(chē)鈑金件的加工質(zhì)量。為了讓檢具的精度和穩(wěn)定性更加可靠，檢具制造時(shí)制造部門(mén)必須嚴(yán)格地按照主機(jī)廠的檢具尺寸（三維數(shù)模和檢具設(shè)計(jì)圖樣）進(jìn)行制造。第一，為保證檢具底板強(qiáng)度，對(duì)其進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的退火處理；第二，底板制造應(yīng)保證平行于地面，平面平整，滿(mǎn)足粗糙度等要求，在加工時(shí)一定要注意檢具的檢測(cè)基準(zhǔn)不被破壞；第三，斷面通止規(guī)裝置及手動(dòng)夾緊裝置制造時(shí)應(yīng)保證準(zhǔn)確性，鎖緊時(shí)穩(wěn)定可靠。其次，在檢具制造過(guò)程中，有一些細(xì)小的地方也要注意，如保證檢測(cè)銷(xiāo)繩子長(zhǎng)度適當(dāng)；滑動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)靈活而不干涉；檢測(cè)銷(xiāo)、型面通止規(guī)等其他配件有足夠的位置存放；檢具本體上無(wú)油污，表面光順等等，這些問(wèn)題雖然小，但也極有可能影響檢具的精度[1]。本文著重對(duì)某汽車(chē)的左艙梁前段鈑金件開(kāi)展檢具的各部分裝置設(shè)計(jì)。

1 汽車(chē)左艙梁前段檢具的總體方案

圖1所示為汽車(chē)左艙梁前段沖壓件，在使用檢具檢測(cè)時(shí)需要確保待測(cè)零件完全不能動(dòng)，利用檢具中的定位元件將待沖壓件的6個(gè)自由度全部限制住，即完全定位。根據(jù)零件外側(cè)的弧度結(jié)構(gòu)，分別選取四邊作為定位面，對(duì)零件采取聯(lián)合定位。這種定位方式滿(mǎn)足了六點(diǎn)定位原理，確保零件在檢測(cè)時(shí)不能滑移，并使得夾具占有完全確定的唯一位置。

圖1 汽車(chē)左艙梁前段沖壓件

因此，在選取點(diǎn)處設(shè)置夾緊器與H、h定位孔對(duì)零件采取聯(lián)合定位，確保定位的準(zhǔn)確可靠性。

2 汽車(chē)左艙邊梁前段的檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車(chē)檢具結(jié)構(gòu)主要由底板、本體、定位夾緊裝置、測(cè)量裝置和輔助裝置組成。

2.1 底板、支架和本體的設(shè)計(jì)

雖然底板及支架不是檢具最重要的使用部分，但是保證其穩(wěn)定性也是很重要的任務(wù)，它對(duì)于檢具而言是最基礎(chǔ)的部分，能直接反映出一個(gè)檢具完整的精度。檢具底板一般采用鋁制材料，根據(jù)沖壓件的尺寸，并且符合人機(jī)工程的經(jīng)濟(jì)、便捷等原則，將底板長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1000 mm，寬度為580 mm，厚度為20 mm。另外，直接在底板上設(shè)置汽車(chē)坐標(biāo)系，確保沖壓件零件在整車(chē)中的準(zhǔn)確位置。

根據(jù)檢具底板尺寸設(shè)計(jì)支架部分，為保證檢具的使用穩(wěn)定性和符合經(jīng)濟(jì)性原則，將支架設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，由28根鋁合金長(zhǎng)條組成。支架下面設(shè)計(jì)4個(gè)輪子，包括2個(gè)導(dǎo)向輪，方便檢具的搬運(yùn)和移動(dòng)。由于車(chē)左艙梁前段為小型沖壓件零件，故采用適于車(chē)身上的簡(jiǎn)單沖壓件檢具設(shè)計(jì)制造的C類(lèi)檢具本體進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用積木式結(jié)構(gòu)。檢具本體上表面貼合于檢具內(nèi)表面，本體左右兩側(cè)與零件左右兩側(cè)保持2.5～3.0 mm的距離。

在檢具本體材料的選擇時(shí)，在保證強(qiáng)度允許的情況下，可以盡量采用可加工樹(shù)脂材料，選取這種材料的最大好處是既滿(mǎn)足使用要求又減輕了檢具的質(zhì)量，方便后期的修改和加工，可塑性很強(qiáng)，另外對(duì)非金屬的汽車(chē)飾件幾乎不會(huì)造成傷害，同時(shí)本身又不會(huì)被塑料件所磨損。

2.2 定位和夾緊裝置設(shè)計(jì)

沖壓件上若有孔的話，可選擇幾個(gè)孔，采用定位銷(xiāo)的方式將其在檢具上定位。定位銷(xiāo)有兩種結(jié)構(gòu)形式，分別為插入式圓錐銷(xiāo)和彈頂式圓錐銷(xiāo)[2]。插入式圓錐銷(xiāo)適用于被測(cè)零件上的定位孔是貫穿孔或者外緣翻邊孔，兩者能夠更好地契合。這里根據(jù)沖壓件的狹長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，選取插入式圓錐銷(xiāo)H、h定位銷(xiāo)，兩定位銷(xiāo)結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖2 H定位銷(xiāo)

圖3 h定位銷(xiāo)

在汽車(chē)檢具上夾緊器是用來(lái)定位的，一般情況下它與支承塊是一起使用的，設(shè)計(jì)時(shí)需要同時(shí)考慮兩者的尺寸。不過(guò)對(duì)于大型檢具，支承塊對(duì)沖壓件僅起支承作用。在夾緊器安裝時(shí)，其夾緊方向必須與支承塊表面的法向方向保持一致。按其夾頭的運(yùn)動(dòng)方式，夾緊器可分為平動(dòng)式夾緊器和翻轉(zhuǎn)式夾緊器。

根據(jù)汽車(chē)左艙梁前段零件的特點(diǎn)，這里采用翻轉(zhuǎn)式夾緊器。扳動(dòng)夾緊器控制部分，使夾緊器閉合或者打開(kāi)，工作時(shí)將控制部分扳到最上方，則夾緊器閉合。其頭部為橡膠，可以防止夾緊器閉合時(shí)破壞沖壓件零件表面。根據(jù)上文選取的4個(gè)定位面分別設(shè)置4個(gè)夾緊器，另外夾緊器放置時(shí)分別垂直于沖壓件表面和邊緣，保證放置位置不與其他結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉[3]。

2.3 測(cè)量和輔助裝置的設(shè)計(jì)

測(cè)量裝置首先是對(duì)孔的測(cè)量，沖壓件總共有14處規(guī)格不同的孔，其中H、h作為定位孔，另外還有J1至J12的12處孔為檢測(cè)孔。插入J1～J12對(duì)應(yīng)的檢測(cè)銷(xiāo)到對(duì)應(yīng)的孔中，檢測(cè)銷(xiāo)能順利通過(guò)則產(chǎn)品孔為合格，反之則不合格。其中檢測(cè)銷(xiāo)J1如圖4所示。

圖4 J1檢測(cè)銷(xiāo)

型面通止規(guī)是用來(lái)對(duì)沖壓件零件局部面輪廓進(jìn)行檢測(cè)的一種量規(guī)。檢測(cè)方法是將通止規(guī)放入待測(cè)零件局部面輪廓，通規(guī)通、止規(guī)止則為合格。反之，若通規(guī)不通則說(shuō)明輪廓小了，止規(guī)不止則說(shuō)明輪廓大了，零件則為不合格。

這里型面通止規(guī)的規(guī)格為φ3+0.8-0.2mm。需要對(duì)型面通止規(guī)進(jìn)行去尖刺、毛邊的處理，手柄部分采用10 mm的六角鋁棒，陽(yáng)極氧化處理，檢測(cè)部分淬火處理55～60 HRC，其結(jié)構(gòu)和尺寸如圖5所示。

圖5 型面通止規(guī)

汽車(chē)檢具設(shè)計(jì)時(shí)通常使用卡板對(duì)工件的關(guān)鍵形面進(jìn)行檢測(cè)，檢具的卡板分為插入式卡板和旋轉(zhuǎn)式卡板[4]。當(dāng)卡板的寬度達(dá)到或者超出300 mm時(shí)，為了保證垂直方向檢測(cè)的正確性，通常將其設(shè)計(jì)為插入式，不過(guò)針對(duì)汽車(chē)左艙梁前段零件，由于它跨度沒(méi)有達(dá)到300 mm，所以采用旋轉(zhuǎn)式設(shè)計(jì)卡板[5]。

檢具主要針對(duì)沖壓件的內(nèi)表面進(jìn)行測(cè)量，而工件外表面的檢測(cè)就需要卡板來(lái)完成，一般情況下將其橫跨在工件外表面上來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。由于零件的狹長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，其尾部平行于水平面，所以使用一塊卡板進(jìn)行檢測(cè)，而在其頭部位置為弧形結(jié)構(gòu)并且兩側(cè)結(jié)構(gòu)不同，故在左右兩邊分別用2塊卡板（總共4塊卡板）進(jìn)行檢測(cè)，另外零件中部也使用1個(gè)卡板進(jìn)行檢測(cè)。

卡板有固定沖壓件的檢測(cè)部分和底座兩部分，其底座固定在檢具底板上，使用時(shí)將固定部分翻轉(zhuǎn)使其貼合零件表面。由于工件本身多折面性，如果設(shè)置成單一旋轉(zhuǎn)式，必將造成沖壓件或檢具本體發(fā)生干涉；若是設(shè)置成插入式斷面樣板，那么工件的定位銷(xiāo)必將產(chǎn)生干擾。為了滿(mǎn)足全面測(cè)量的要求，本文將其設(shè)計(jì)成2塊獨(dú)立旋轉(zhuǎn)式斷面樣板，中心利用螺栓進(jìn)行緊固。

在使用卡板對(duì)復(fù)雜型面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，有可能會(huì)發(fā)生干涉,因此設(shè)計(jì)時(shí)就必須充分考慮這個(gè)問(wèn)題，一般針對(duì)這個(gè)問(wèn)題采用的辦法是將其分段處理。卡板設(shè)計(jì)由支座、翻轉(zhuǎn)卡板、限位塊、擋板、連接塊和檢測(cè)塊組成，各部分孔處采用螺栓進(jìn)行連接[6]。

在完成對(duì)檢具底板、本體、定位裝置、測(cè)量和輔助裝置的設(shè)計(jì)后，將各部分按照所設(shè)計(jì)好的位置組裝起來(lái)，就完成了對(duì)汽車(chē)左艙梁前段檢具的設(shè)計(jì)，圖6為檢具的總裝圖。

圖6 檢具總裝圖

由于檢具底板與各部分是分開(kāi)進(jìn)行制造的，因此底板與各部分之間并沒(méi)有直接連接在一起，這里采用檢具設(shè)計(jì)時(shí)的常用方法，即用螺栓聯(lián)接的方式將底板和各部分進(jìn)行固定。

按照各部分在底板上所計(jì)劃好的位置，在底板對(duì)應(yīng)處設(shè)置同樣規(guī)格的螺栓孔，各檢具配件在底板上的螺栓孔的位置如圖7所示。

圖7 螺栓孔定位圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文借鑒國(guó)內(nèi)外汽車(chē)車(chē)身覆蓋件檢具設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)汽車(chē)左艙邊梁前段進(jìn)行UG三維造型、對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，完成汽車(chē)左艙邊梁前段鈑金件檢具的各部分組件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)汽車(chē)左艙邊梁前段的檢具由企業(yè)加工制造成形，并用于鈑金件產(chǎn)品的加工測(cè)量中，實(shí)際使用效果好，各部分精度都達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。