小車身沖壓件的一般方法和步驟檢具設(shè)計作者：上海交通大學(xué) 摘要：從汽車結(jié)構(gòu)出發(fā)，結(jié)合實例，小車身沖壓件的一般方法和步驟檢具設(shè)計，以及針對小型檢具設(shè)計中出現(xiàn)的常見問題的特定設(shè)計建模新想法和解決方案。關(guān)鍵詞：檢具設(shè)計，小型沖壓件介紹車身沖壓件、分總成（沖壓件焊接而成）、車身骨架、各種內(nèi)飾件等統(tǒng)稱為車身覆蓋件，其制造質(zhì)量覆蓋件對整車質(zhì)量很重要，特別是轎車和各類乘用車的焊接生產(chǎn)和整車外觀有很大的影響，因此對其質(zhì)量的檢驗成為汽車制造商不可缺少的工作。對于國內(nèi)重要的小型沖壓件，一般采用專用檢測治具（簡稱檢測治具）作為主要檢測手段，控制工序間的產(chǎn)品質(zhì)量。美國、德國、日本等汽車行業(yè)自動化程度高的國家已經(jīng)開始采用在線檢測設(shè)備，以高效、快速地應(yīng)對產(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)了兩套在線檢測設(shè)備，但由于技術(shù)和管理方面的原因，一直沒有得到有效的使用，而且由于在線檢測設(shè)備的成本和技術(shù)要求較高，在我國很難普及。廣泛應(yīng)用于小型車身沖壓件的檢測。近年來，隨著轎車、客車行業(yè)的快速發(fā)展，車身面板檢測工具在國內(nèi)汽車行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。制造操作方便、檢測精度高的專用檢具已成為眾多汽車制造商亟待解決的問題。
小型車身沖壓件檢具的組成及特點小型車身沖壓件檢具主要由底板總成、檢具體、斷面模板、主副定位銷和夾緊裝置組成（見.檢查的主要要素是工件的形狀（包括工件的輪廓和曲面的形狀等）以孔，法蘭等的位置為特征。當(dāng)檢具設(shè)計 ，尺寸基準(zhǔn)一般放在車身坐標(biāo)系中，在X方向上每隔100mm繪制坐標(biāo)線。參考塊和參考孔建立了檢具的坐標(biāo)系。檢具主要結(jié)構(gòu)圖 車身沖壓件大多具有空間曲面和許多局部特征，并具有非軸對稱性和剛性差的特點，因此定位、支撐和夾持都比較困難。目前，車身沖壓件大多采用數(shù)控機(jī)床檢測，根據(jù)數(shù)字模型和預(yù)定的加工程序，一次自動完成所有需要加工的表面和孔。完成后，根據(jù)檢查細(xì)節(jié)確定底板總成的位置和尺寸，并在需要檢查的關(guān)鍵部位設(shè)置截面模板。檢具設(shè)計一般步驟3. 1 工件和檢具專用設(shè)計造型首先要參照零件圖分析工件，初步擬定檢具設(shè)計平面圖，確定檢具的基準(zhǔn)面、凹凸條件，檢測十字-截面、定位面等，簡單畫出其二維示意圖。在檢具設(shè)計中，檢查具體設(shè)計造型是關(guān)鍵，直接影響檢具能否準(zhǔn)確檢測出工件的質(zhì)量。由于車身面板主要以自由曲面為特征，因此“反向搜索”是目前建模的通用方法。定位面等，簡單畫出其二維示意圖。在檢具設(shè)計中檢具設(shè)計檢具設(shè)計，檢查具體設(shè)計造型是關(guān)鍵，直接影響檢具能否準(zhǔn)確檢測出工件的質(zhì)量。由于車身面板主要以自由曲面為特征，因此“反向搜索”是目前建模的通用方法。定位面等，簡單畫出其二維示意圖。在檢具設(shè)計中，檢查具體設(shè)計造型是關(guān)鍵，直接影響檢具能否準(zhǔn)確檢測出工件的質(zhì)量。由于車身面板主要以自由曲面為特征，因此“反向搜索”是目前建模的通用方法。
逆向搜索是在現(xiàn)有工件或?qū)嵨镌偷幕A(chǔ)上，利用激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理、三維重建等過程，構(gòu)建具有特定形狀和結(jié)構(gòu)的原型模型的方法。我們使用激光掃描儀對標(biāo)準(zhǔn)工件表面進(jìn)行掃描，主要基于點云采集工件表面的特征信息，將點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為車身坐標(biāo)，用surfacer軟件對點信息進(jìn)行處理，得到特征工件表面的曲線。，從而生成最終的自由曲面模型；同時，生成的原型模型可以通過點云到地表的最大和最小距離來檢測。需要注意的是，此時得到的模型是沒有厚度的片材模型。需要根據(jù)掃描儀掃描的表面來區(qū)分模型是工件的內(nèi)表面還是外表面，這對于檢查具體設(shè)計尤為重要。為實現(xiàn)檢具對工件自由曲面的檢測，檢測的比表面與工件內(nèi)表面一般保持2～3mm左右的恒定間隙。檢驗時，可通過檢具輪廓的往復(fù)運動和專用量具來測量工件表面的偏差。檢測工件外輪廓主要有兩種方法。在設(shè)計相應(yīng)的檢具時：檢查面沿工件外輪廓切線向外延伸20mm，沿工件外輪廓法線方向向下延伸約20mm。在一般的CAD軟件（如UG）中，將工件表面向內(nèi)偏移2到3mm的距離（如果生成的工件模型是外表面，在進(jìn)行偏移的時候加上工件的厚度），然后移動表面沿其輪廓的切線方向?；蛘咴诜ň€方向延伸20mm，得到具體的檢測面，然后拉伸到參考平面一定距離，檢測具體的模型。在一般的CAD軟件（如UG）中，將工件表面向內(nèi)偏移2到3mm的距離（如果生成的工件模型是外表面，在進(jìn)行偏移的時候加上工件的厚度），然后移動表面沿其輪廓的切線方向。或者在法線方向延伸20mm，得到具體的檢測面，然后拉伸到參考平面一定距離，檢測具體的模型。在一般的CAD軟件（如UG）中，將工件表面向內(nèi)偏移2到3mm的距離（如果生成的工件模型是外表面，在進(jìn)行偏移的時候加上工件的厚度），然后移動表面沿其輪廓的切線方向。或者在法線方向延伸20mm，得到具體的檢測面，然后拉伸到參考平面一定距離，檢測具體的模型。
由于車身覆蓋件的復(fù)雜性，在生成檢測面時大多需要結(jié)合以上兩種方法，但對于一些特殊的型材，這仍然難以實現(xiàn)。圖 2 顯示了復(fù)雜配置文件的處理示意圖。圖中發(fā)動機(jī)支架的工件表面呈現(xiàn)自相交和干涉現(xiàn)象。為了保證檢測到工件的主要輪廓，犧牲了對有垂直高度差的拐角處的檢測，生成了如圖所示的檢測面。最后，檢測特定面沿工件輪廓線相距3mm，便于工件輪廓檢測。當(dāng)然，在檢具（尤其是檢具）的設(shè)計中會遇到很多類似的問題，需要處理對檢具原理的滲透理解和經(jīng)驗。復(fù)雜型材的加工3.2 截面模板的設(shè)計與建模 工件關(guān)鍵面的檢測一般通過截面模板來實現(xiàn)。當(dāng)跨度超過300mm時，為保證垂直方向的檢測精度，通常設(shè)計為插入式。特定面檢測檢測工件內(nèi)表面，截面模板跨越工件外表面檢測關(guān)鍵斷面外表面。一般工作面距工件外表面2～3mm。建模方法與檢測工具 表面相似。型材模板的板體材料一般為鋼或鋁，工作面部分可用鋁或樹脂制成。形狀復(fù)雜的截面模板在旋轉(zhuǎn)或插入時會產(chǎn)生干擾，在實際設(shè)計中可以進(jìn)行分段，如圖3所示。
如果設(shè)置為插件截面模板，會干擾工件的定位銷；如果設(shè)置為單回轉(zhuǎn)式，由于工件本身的多次折疊，會對檢測體或工件產(chǎn)生干涉，所以設(shè)計成兩個獨立的回轉(zhuǎn)段。該模型可以滿足綜合測試的要求。斷面模板斷面加工3.3 工件定位及夾持工件正確合理的定位是準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)。體蓋在檢具上的定位方法主要是通過定位孔與卡盤夾緊定位或用永磁體夾緊配合來完成。隨著檢測工具在車身制造中的廣泛應(yīng)用，系列產(chǎn)品有杠桿式活動夾頭和永磁體可供選擇，活動夾頭還配有不同類型和尺寸的支架或支架。大部分的車身覆蓋件都有主、副定位孔。主定位銷一般為圓柱銷（圓孔）或菱形銷（腰孔），并給出定位孔的本體坐標(biāo)。同時，在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動卡盤，保證工件定位牢固。在設(shè)計中應(yīng)盡量減少夾持點的數(shù)量，以保證活動卡盤在工作時不與其他部件發(fā)生干涉，考慮到工人的操作方便，最后給出定位墊片上表面中心的本體坐標(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，定位墊片還起到限制工件自由度的作用，防止工件繞主定位銷旋轉(zhuǎn)（見圖 4) 使用 卡盤的定位限制了工件的自由度3.4 底板組件的設(shè)計將檢測體上表面沿工件方向拉伸了一定距離參考平面，使最低點大于150mm的厚度，以保證被檢體有足夠的強(qiáng)度，
檢測專用底板總成一般由底板、槽鋼（必要時中間加工橫梁）、定位塊和萬向輪組成。3.5 孔檢查 車身沖壓件中許多重要的孔和法蘭都需要單獨檢查。在檢具的設(shè)計中，通常在檢具的上表面增加一個厚度為1mm左右的凸臺。凸臺中心與工件孔中心在同一軸線上，直徑比孔徑大5mm。（見圖5)。當(dāng)被測孔的精度比較高時，用塞規(guī)和襯套來檢測定位孔。結(jié)論在大體蓋中，由于這種類型的形狀復(fù)雜檢具量大，體積大，生產(chǎn)成本高，檢測對象靈活性差，難以快速獲取大量準(zhǔn)確信息。它已逐漸被先進(jìn)的自動化檢測方法（如在線檢測系統(tǒng)）所取代，但用于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。對于小型沖壓件的檢測，我國汽車制造商仍主要依靠這類檢測工具。參考朱正德。汽車面板檢測工具的原理與應(yīng)用。工具技術(shù)，2000（1)汽車車身面板表面質(zhì)量控制。汽車技術(shù)與材料，2001（2)特征建模在汽車車身面板設(shè)計中的應(yīng)用。乘用車技術(shù)與研究，2002（ 4) 綜合檢測工具的設(shè)計、制造與應(yīng)用。
