車身小型沖壓件汽車檢具設(shè)計制造的一般方法和步驟

1 引言 
 
 車身沖壓件、分總成(由沖壓件焊接而成)、車身骨架、各種內(nèi)飾件等總稱為車身覆蓋件，覆蓋件的制造質(zhì)量對于整車質(zhì)量，尤其是轎車和各類客車的焊裝生產(chǎn)及整車外觀造型影響很大，所以對其質(zhì)量的檢測成為汽車生產(chǎn)廠必不可少的工作。國內(nèi)對于重要的小型沖壓件一般都采用專用的檢測夾具(簡稱檢具)作為主要的檢測手段，以控制工序間的產(chǎn)品質(zhì)量。美國、德國、日本等汽車工業(yè)高度自動化的國家均已開始采用在線檢測設(shè)備，高效快速地反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量問題。我國上海大眾汽車制造有限公司于2001年引進(jìn)了兩套在線檢測的設(shè)備，但由于技術(shù)和管理原因一直未能有效的使用，而且由于在線檢測設(shè)備的成本和技術(shù)要求很高，在我國很難普遍地應(yīng)用于小型車身沖壓件的檢測。近年來隨著轎車和客車工業(yè)的迅速發(fā)展，車身覆蓋件檢具在國內(nèi)汽車行業(yè)的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，國家經(jīng)貿(mào)委已將檢具的生產(chǎn)能力列在車輛企業(yè)生產(chǎn)條件考核程序中，因此設(shè)計和制造出操作方便、檢測精度高的專用檢具，成為許多汽車生產(chǎn)廠家急待解決的問題。 
 
 2 車身小型沖壓件件檢具構(gòu)成和特點(diǎn) 
 
 車身小型沖壓件檢具主要由底板總成、檢具體、斷面樣板、主副定位銷和夾緊裝置組成(見圖1)。檢測的主要要素為工件外形(包括工件的輪廓和曲面的形狀等)以孔、凸緣等特征的位置。檢具設(shè)計時，一般將尺寸基準(zhǔn)置于車身坐標(biāo)系中，在X,Y,Z方向每隔100mm劃坐標(biāo)線，用底板上的基準(zhǔn)塊和基準(zhǔn)孔建立檢具的坐標(biāo)系。

車身沖壓件大多具有空間曲面和較多局部特征，具有非軸對稱、剛性較差等特點(diǎn)，因此定位、支承和裝夾都比較困難?，F(xiàn)在大多數(shù)的車身沖壓件檢具體都是由數(shù)控機(jī)床按數(shù)模和預(yù)定的加工程序一次性自動完成所有需要加工的表面和孔位，檢具體的材料多為環(huán)氧樹脂，檢具體設(shè)計完成后，再根據(jù)檢具體確定底板總成的位置和大小，并在需要檢測的關(guān)鍵截面設(shè)置斷面樣板。 
 
 3 檢具設(shè)計的一般步驟 
 
 3.1 工件和汽車檢具設(shè)計制造建模 
 
 首先要參照零件圖紙分析工件，初步擬定檢具設(shè)計方案，確定檢具的基準(zhǔn)面、凹凸情況，檢測截面、定位面等，并簡單繪制其二維示意圖。 
 
 在檢具的設(shè)計中，檢具體的設(shè)計建模是關(guān)鍵，它直接影響到檢具能否精確的檢測工件質(zhì)量。由于車身覆蓋件以自由曲面為主的特點(diǎn)，“實(shí)物反求”是目前建模的通用方法。反求即依據(jù)已經(jīng)存在的工件或?qū)嵨镌?，用激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理、三維重構(gòu)等過程，構(gòu)造具有具體形狀結(jié)構(gòu)的原型模型的方法。我們用激光掃描儀對標(biāo)準(zhǔn)的工件表面進(jìn)行掃略，采集到以點(diǎn)云為主的工件表面特征信息，將點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到車身坐標(biāo)下，用surfacer軟件處理點(diǎn)信息，得到工件表面曲面的特征曲線，從而生成最終的自由曲面模型；同時可以通過點(diǎn)云到曲面的最大最小距離來檢測所生成的原形模型。應(yīng)注意的是，此時所得到的模型是沒有厚度的片體模型，要根據(jù)掃描儀掃略的表面分清該模型為工件的內(nèi)或外表面，這對于檢具體的設(shè)計尤為重要。 
 
 為實(shí)現(xiàn)檢具對工件自由曲面的檢測，一般使檢具體的表面與工件內(nèi)表面保持2-3mm左右的常數(shù)間隙，數(shù)控加工機(jī)床能按照所設(shè)計的型面數(shù)模達(dá)到較高精度的要求，實(shí)際檢測時通過檢具型面配合專用的量具往復(fù)移動即可測量出工件曲面的偏差。工件外輪廓的檢測方法主要有兩種，設(shè)計所對應(yīng)的檢具時：①檢具體表面沿工件外輪廓切向向外延伸20mm左右；②沿工件外輪廓法向方向向下延伸20mm左右。在通用的CAD軟件(如UG)中，將工件表面向內(nèi)offset2-3mm的距離(如果所生成的工件模型為外表面，在作offset時還要加上工件的厚度)，接著把該曲面沿其輪廓的切向或法向延伸20mm，得到檢具體的檢測表面，再向基準(zhǔn)面拉伸一定距離即是檢具體模型。由于車身覆蓋件較為復(fù)雜，在生成檢具體檢測表面時大多需要上述兩種方法的結(jié)合，而對于一些特殊的型面，這一點(diǎn)仍然難以實(shí)現(xiàn)。圖2所示為復(fù)雜型面的處理示意圖。圖中內(nèi)引擎支座的工件表面在1,2兩處明顯產(chǎn)生自相交和干涉，為了保證工件的主要輪廓得到檢測，犧牲了具有垂直高度差的轉(zhuǎn)角處的檢測，生成如圖所示的檢具體表面，最后在檢具體表面沿工件輪廓和間隔3mm雙劃線，以方便檢測工件輪廓。當(dāng)然，在檢具(尤其是檢具體)的設(shè)計中還會碰到很多類似的問題，都需要對檢具原理的滲透理解和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理。

3.2 斷面樣板的設(shè)計建模 
 
 對工件關(guān)鍵形面的檢測一般通過斷面樣板來實(shí)現(xiàn)，檢具的斷面樣板分為旋轉(zhuǎn)式和插入式兩種，當(dāng)斷面樣板的跨度超過300mm時，為保證垂直方向的檢測精度，通常將其設(shè)計為插入式。檢具體表面檢測的是工件的內(nèi)表面，斷面樣板則橫跨在工件外表面上，用來檢測關(guān)鍵截面的外表面，一般其工作表面距離工件外表面2-3mm，其建模方法與檢具表面類似。斷面樣板的板體材料一般為鋼或鋁等金屬，工作表面部分可用鋁或樹脂等制成。復(fù)雜形面的斷面樣板在旋轉(zhuǎn)或插入時會產(chǎn)生干涉，實(shí)際設(shè)計中可以將其分段處理，如圖3所示。

若設(shè)置成插入式斷面樣板，則與工件定位銷發(fā)生干涉；若設(shè)置成單一旋轉(zhuǎn)式，由于工件本身多折面性，造成與檢具體或工件發(fā)生干涉，將其設(shè)計成兩塊獨(dú)立旋轉(zhuǎn)式斷面樣板，即可滿足全面檢測的要求。 
 
 3.3 工件的定位和夾緊 
 
 工件正確合理的定位是準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)。車身覆蓋件在檢具上的定位方式主要由定位孔和夾頭夾緊定位或用永久磁鐵夾緊配合完成。隨著檢具在車身制造中的廣泛應(yīng)用，杠桿式活動夾頭和永久磁鐵均有系列化產(chǎn)品選購，活動夾頭還配置有不同型式和尺寸的支架或托架。大多的車身覆蓋件都有主、副兩定位孔，主定位銷一般為圓柱銷(圓孔)或菱形銷(腰孔)，以限制X. Y兩方向的自由度；副定位銷為圓錐銷或菱形塞銷，用以限制Z.X.Y.Z四方向的自由度。設(shè)計檢具時，在檢具體上的定位孔位置打孔(以放入定位銷襯套為準(zhǔn))，并給出定位孔的車身坐標(biāo)。同時，在工件剛性較好且分布合理的位置布置定位墊片和活動夾頭，以保證工件的牢固定位設(shè)計時要盡量減少夾緊點(diǎn)數(shù)量，保證活動夾頭工作時不與其它部件產(chǎn)生干涉，并考慮到工人的操作方便，最終給出定位墊片上表面中心的車身坐標(biāo)。 
 
 對于只有一個定位孔的工件，由于主定位孔只能限制兩個自由度，定位墊片也起到限制工件自由度的作用，以防止工件繞主定位銷旋轉(zhuǎn)（見圖4）

3.4 底板總成的設(shè)計 
 
 在檢具體上表面沿基準(zhǔn)面方向拉伸一定的距離，使其最低點(diǎn)大于150mm的厚度，以保證檢具體有足夠的強(qiáng)度，同時盡量讓檢具體底面，即底板總成的上表面(基面)，在車身坐標(biāo)系的整數(shù)位置上。檢具體底板總成一般由基板、槽鋼(必要時在中間加工字鋼)、定位塊和萬向輪組成，當(dāng)基板由檢具體固定好后，其它部件即可根據(jù)實(shí)際的情況選用標(biāo)準(zhǔn)型號。 
 
 3.5 孔的檢測 
 
 車身沖壓件中對許多重要的孔和翻邊等需要單獨(dú)檢測。在檢具的設(shè)計中通常在檢具體上表面加上1mm左右厚的凸臺，凸臺的中心與工件孔中心在同一軸線上，直徑比孔徑大5mm，并在凸臺上采用雙劃線方式檢測(見圖5)。當(dāng)被測孔的精度要求比較高時，采用定位孔的方式用塞規(guī)和襯套檢測。

4 結(jié)語 

在車身大型覆蓋件中，由于這類檢具的形狀復(fù)雜、體積龐大、制作成本較高、檢測對象單一、柔性差，難以快速獲得大量的準(zhǔn)確信息，已逐步被先進(jìn)的自動化檢測手段(如在線檢測系統(tǒng))所取代，但對于大批量生產(chǎn)的小型沖壓件的檢測，目前我國汽車生產(chǎn)廠家仍主要依靠這類檢具。