汽車檢具設(shè)計制造幾大原則分析與概述

一個好的汽車檢具必須滿足以下基本要求：

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1） 保證汽車零部件質(zhì)量的有效判斷 保證汽車零部件質(zhì)量合格與否的關(guān)鍵首先是根據(jù)產(chǎn)品正確選擇定位基準、定位方法和定位元件繪制，必要時根據(jù)積累的經(jīng)驗進行定位 合理與否，使其具有恒定準確的定位基準，以確保最大的重復性和線性度，并注意檢查工具中其他機構(gòu)對檢查功能的影響，以及注意檢查工具應有足夠的剛性。對于可重復使用的檢具，應注意相關(guān)部件的強度和耐磨性，以保證檢具的使用壽命。

2） 檢查工具應滿足生產(chǎn)力要求。專用檢查工具的復雜性應與生產(chǎn)程序相適應。盡量采用各種快速高效的安裝機制，以保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。

3）具有良好工藝性能的專用檢具結(jié)構(gòu)力求簡單合理，便于制造、裝配、調(diào)整、檢查和維修。專用檢具的制造屬于單件生產(chǎn)。當通過調(diào)整或修理保證最終精度時，檢具應配備便于調(diào)整和修理的結(jié)構(gòu)。

4） 性能好的專用檢測工具的操作要簡單（包括產(chǎn)品的取放和檢測，夾具的操作和搬運）、省力、安全、可靠。在客觀條件允許且經(jīng)濟適用的前提下，盡量采用氣動、液壓等機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。

5) 要適當提高檢具部件的通用化和標準化，選用標準化部件，特別是商業(yè)標準部件，以縮短檢具制造周期，降低檢具成本。

標準件選用原則：

在檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，為了節(jié)省建模時間，縮短后期制造周期，需要選擇合理的標準件進行設(shè)計。標準件的使用不僅要滿足檢具的功能要求，而且要更簡單、更輕便。滿足以下要求

1. 在檢具設(shè)計中，盡可能使用OEMs推廣的標準件。一般和大眾一樣，一般主機廠都有規(guī)定的標準件。這是驗收的標準條件之一。

2.檢具設(shè)計 在這個過程中，我們會繼續(xù)使用盡可能多的模塊，但我們也提倡新的結(jié)構(gòu)設(shè)計和理念，例如針規(guī)插入物、L形襟翼支柱、復制機構(gòu)、滑塊機制和彈性。測試等

3. 內(nèi)外飾件采用標準鑄鋁底板：車身部件根據(jù)客戶要求或零件要求采用鋼焊接底板（需二次回火）

4. 如果客戶未指定標準件，可按通行標準執(zhí)行，適當簡化零件結(jié)構(gòu)，提高加工效率

檢具設(shè)計時，除了四個基本要求外，還要考慮能夠滿足產(chǎn)品和過程質(zhì)量的分析功能。例如：產(chǎn)品配合面、密封面、配合面、對中面、孔/槽等檢具功能應符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。

檢具制作原理方向：原則上是根據(jù)零件的特性制作的，盡量采用凸面檢具，如圖所示汽車檢具，制作時要考慮的要點：

檢測零件時容易確定精度方向；考慮到成品內(nèi)外飾的變形情況，方便取件，無干涉；盡量使用加載位置，可以組合使用更適合被測零件、量具使用等相對加載位置偏差。以90為增量作為相位差偏差；各配套件的檢具生產(chǎn)方向盡量一致，便于問題分析

檢具設(shè)計概念確認

一般來說，重要零件的檢具計劃需要得到主機廠的批準。在開始設(shè)計之前，應該舉行一次設(shè)計概念的初步會議。主要參加人員：供應商檢具工程師、檢具設(shè)計及制造商代表。

設(shè)計概念應包括詳細的檢查工具草圖和書面說明，以便能夠遵循檢具設(shè)計。設(shè)計概念不必像完成的設(shè)計那樣詳細，但應包括以下信息。

1）被測件與檢具底座的位置關(guān)系最好使用加載裝置。但是，其他位置可能更適合使用被測件檢具（即第一次使用位置），如果相對于加載位置太高，則應以90度的增量偏轉(zhuǎn)。

2） 定位基準平面圖應與幾何和公差圖紙一致，可使用附帶的基準墊

3）支持被測部件的量具和設(shè)備

4）檢查零件和設(shè)備以測試以下功能

5）關(guān)鍵產(chǎn)品特性 (KPC) 產(chǎn)品質(zhì)量特性 (PQC) 過程監(jiān)控點 (PMP)

6） 所用材料應根據(jù)檢測工具的用途和環(huán)境而定，以確保零件在當前生產(chǎn)的有效期內(nèi)的功能性、重復性和線性度。如果適用，匹配或相鄰部分的輪廓形狀或線條特征

7） 設(shè)計理念應考慮操作者的人體工程學、被測部件的裝拆方便、三坐標檢測和SPC數(shù)據(jù)采集的可行性，當檢測工具用于全球車輛時投影，考慮操作者的習慣（使用地區(qū)語言）

8） 基準選擇：

盡量選擇零件的重心方向作為主要基準面，以利于零件的穩(wěn)定放置

使用3個或更多點作為主基準面，在基準總數(shù)盡可能少的前提下，保證零件的穩(wěn)定性

所有主基準必須具有相同的特征

選擇第二個和第三個基準平面的順序

孔定位選擇4向銷，槽孔定位選擇2向銷，槽孔方向必須平行于第二基準面

選擇2個雙向銷作為槽定位，且2個平行槽必須平行于第二個基準平面，另外1個點必須在第三個基準平面上

選擇 4 向銷作為孔定位，并在輪廓或周邊上再選擇 1 個點

在第二個基準平面上選擇 2 個點，在第三個基準平面上選擇 1 個點

六點定位原理

進行檢測作業(yè)時，首先要確定工件在檢具中的位置。并且在測量和檢驗過程中，一直保持在原位，按照圖紙要求確定工件位置的過程稱為定位。在檢測過程中將工件保持在一定位置的過程稱為裝夾。

為了獲得工件在檢具中所需的位置，需要研究物體在空間中的位置是如何確定的。尚未定位的工件的位置是不確定的。這個位置的不確定性，稱為自由度。

如圖，將未定位的工件置于空間直角坐標系中，用X、Y、Z三個相互垂直的坐標軸來描述工件位置的不確定性，長方體可以沿X、Y、和 Z 軸。有不同的位置，還可以繞XYZ軸自由旋轉(zhuǎn)，共有六個自由度。

工件的正確定位首先要限制工件的自由度。當消除這六個自由度時，物體在空間中的位置就完全確定了，所以自由度也是決??定物體在空間中位置的獨立參數(shù)。

如圖，如果在XOY平面上放置一塊板B來支撐物體A，那么物體A在這個平面上只能沿OX軸和OY軸移動，繞OZ軸旋轉(zhuǎn)，而不能移動并沿 OZ 軸旋轉(zhuǎn)。OX軸和Oy軸旋轉(zhuǎn)，否則物體A會離開板B。這說明支撐板B消除了物體A的三個自由度。如果兩個擋塊1和2放在物體的xoz平面上物體A，物體A不能沿OY軸移動，也不能繞OZ軸旋轉(zhuǎn)。消除了兩個自由度。

最后，只要在物體A的ZOY平面上設(shè)置擋塊3，消除物體沿OX軸移動的自由度，就確定了物體A的空間位置。

由幾何可知，3個點可以確定一個平面，可以用3個定位支撐點4、5、6代替圖中的支撐板B，同時用擋塊1、2、3作為定位支撐點，使得一個定位支撐點平均消除一個自由度。因此，物體的空間位置需要按圖紙布置六個支撐點，以消除物體運動的六個自由度。這樣，六個適當分布的支撐點被用來限制六個工件。自由原理叫做六點定位原理

從圖中可以看出，XOY平面上有3個支撐點，XOZ平面上有2個支撐點，ZOY平面上有1個支撐點。

上面三個支撐點的平面稱為安裝基面。支撐點的分布必須適當，否則六個支撐點不能限制工件的六個自由度。在這個面上，三個支撐點不能支撐在一條直線上。攻絲工件的重心必須落在這三個支撐點為頂點所形成的三角形內(nèi)。三個定位支撐點之間的距離越大，安裝基面越大，工件安裝的穩(wěn)定性和相對位置精度。因此，應選擇工件輪廓尺寸最大的表面與安裝基面接觸。

帶有兩個定位支撐點的平面稱為導向基面。這兩個支撐點的連接線應平行于安裝基面，兩點之間的距離越遠，安裝精度越好。因此，應選擇工件尺寸最長的表面與導軌基面接觸。帶有定位支撐點的平面稱為定距基面。顯然，安裝定位支撐點不需要很大的面積和長度，所以工件通常選擇較小的表面與固定基面接觸。

二、工件在檢具中的定位方法

如上所述，在檢測操作中，根據(jù)圖紙要求，得到工件在檢測工具中確定的位置的過程稱為定位。要獲得工件在檢具中的確定位置，必須遵循物體定位的六點定位原則。

產(chǎn)品定位中的約束分析

檢具設(shè)計在初始階段，我們首先要分析產(chǎn)品圖紙的定位系統(tǒng)。定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性不僅會影響產(chǎn)品的生產(chǎn)和裝配，而且在后期使用檢具時可能會影響零件的測量結(jié)果不穩(wěn)定。

六點定位原理可用于分析判斷檢具中的定位結(jié)構(gòu)是否正確，布局是否合理，是否滿足約束條件。

根據(jù)工件自由度的約束，工件的定位可分為以下幾種

1） 完全定位 完全定位是指工件的六個自由度不受重復約束的定位。當工件在X、Y、Z坐標方向時，有尺寸要求或位置精度要求。

2） 工件不完全定位限制自由度數(shù)小于6

3） 定位不足

4） 超定位定位元件在同一自由度內(nèi)反復限制產(chǎn)品方向的定位狀態(tài)稱為超定位。是否允許使用該定位狀態(tài)主要從其后果來判斷。當過度定位導致產(chǎn)品變形或產(chǎn)品與定位元件干涉時，明顯影響產(chǎn)品的貼裝狀態(tài)，不能使用過度定位。

消除或減少過度定位引起的干擾，一般有兩種方法；一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，如減少定位

檢具中典型的3-2-1定位原理

汽車工業(yè)是各個工業(yè)化發(fā)達國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一。汽車面板作為汽車結(jié)構(gòu)的重要部件之一，是影響車身質(zhì)量的主要原因。據(jù)美國汽車工業(yè)統(tǒng)計，車身誤差的72%來自于焊接夾具的定位誤差。

車身主要由許多沖壓件組裝而成。薄壁零件占白車身總成的 70% 以上。由于薄壁板剛性差，容易變形，在檢驗過程中通常采用多點定位夾具。緊固，確保焊接位置各部分的配合。由于薄壁的柔韌性較大，在加工負荷下容易變形。一個更好的定位系統(tǒng)對零件的穩(wěn)定性有很大的影響。

對于定位面1-3的定位，盡量保證定位塊與支座平面垂直。當不能保證定位塊與鈑金平面垂直時，允許鈑金定位塊呈小角度。理論上，3個定位面可以定位一個面。鈑金件使用3個定位面時，鈑金件可能無法順利放置。因此，有時會增加輔助定位面，以保證鈑金件的平穩(wěn)放置。當350MM內(nèi)沒有夾緊裝置時，產(chǎn)品放置時會晃動，所以需要加裝夾緊裝置來放置產(chǎn)品汽車檢具，防止產(chǎn)品晃動，或者理論定位面之間有間隙，檢測時測量結(jié)果不準確。. 總結(jié)以上兩點，在實際生產(chǎn)中，大型鈑金件和復雜塑料件的定位面多于3個，但有4個以上。這種情況是過度定位，但這是允許的。

3-2-1定位原則是限制產(chǎn)品在空間六自由度的最基本條件。根據(jù)零件的特點，在汽車檢具中允許超出3-2-1原則的過度定位，以保證零件定位的可靠性。

3-2-1原理的典型定位方法如下

3-2-1定位原理的含義是三個定位面，兩個定位孔，定位孔的中心連成一條直線。這種定位原理是常用的。

3-2-1 定位原理： 3-2-1 定位原理是限制產(chǎn)品在空間六自由度的最基本條件。根據(jù)零件的特性，檢具上允許超出3-2-1原則的過度定位。為保證另一箱的定位可靠性，三個定位平面控制產(chǎn)品最大投影面的方向，兩個圓心的連接控制產(chǎn)品的垂直方向和旋轉(zhuǎn)，四位定位pin（孔）控制產(chǎn)品的左右方向，依次為3個。-2-1. 基準A首先約束三個自由度，然后添加基準B以約束2個自由度，然后添加基準C以約束一個自由度。

產(chǎn)品在檢具中的定位

在裝配過程中，確定待安裝零件與零部件相互位置的過程稱為定位。通常的做法是先根據(jù)產(chǎn)品圖紙分析確定定位基準，再根據(jù)相應的生產(chǎn)要求考慮其定位方式。

劃線定位是原始定位方式，費時費力，精度低。僅用于單件生產(chǎn)，精度要求不高。檢具組裝時，常使用定位元件進行定位，即快速準確，定位元件是用來限制產(chǎn)品在檢具上的位置的裝置，如定位塊、定位銷、仿形面等。必須事先根據(jù)定位原理、產(chǎn)品定位基準和工藝要求將它們準確地排列在檢具上，然后將每個安裝的零件按一定的順序放置在定位元件的指定位置（接觸相互）完成定位。

1） 定位基準的選擇 確定位置和尺寸的依據(jù)稱為基準，可以是點、線或面。按用途可分為設(shè)計參考和工藝參考。過程參考分為定位參考、裝配參考和測量參考。根據(jù)定位原理，定位參考分為主定位參考、輔助定位參考、輔助定位參考等。在檢具上定位時，產(chǎn)品的定位基準必須與檢具上的定位元件接觸或重合。正確選擇產(chǎn)品的定位基準可以獲得準確、穩(wěn)定、可靠的定位，同時也會影響到整個裝配，

基準的重要性

三坐標測量的零件尺寸報告結(jié)果為OK，但檢具檢測結(jié)果為NG，或檢具檢測的零件狀態(tài)OK，但檢具檢測結(jié)果為NG零件的三維測量是NG，在這種情況下，無法確定零件是否合格。針對此類問題，我們將梳理以下步驟；

首先，在測量零件時，需要檢查三個坐標選擇的測量基準是否與量具選擇的定位基準完全一致。大多數(shù)情況下，分析完這一點，問題就基本可以解決了。

其次，如果基準一致，就要檢查檢具的檢測尺寸是否符合圖紙要求

第三，如果以上都符合要求，則需要重新測量零件，以考察零件測量的重復性。如果結(jié)果與第一個沒有明顯不同，則說明檢測工具有問題，檢測工具可能已失效。精度發(fā)生了變化。

定位元件的選擇和設(shè)計在設(shè)計定位元件時應考慮與產(chǎn)品定位參考條件相適應。產(chǎn)品的形狀多種多樣，但其基本結(jié)構(gòu)由平面、圓柱面、圓錐面和各種形狀組成。它由曲面組成，這些曲面可以選擇作為定位基準。因此，可以根據(jù)不同形狀的定位基準選擇或設(shè)計相應的定位元件。