車身小型沖壓件的一般方法和步驟檢具設(shè)計(jì)

1 簡介

車身沖壓件、分總成（通過焊接沖壓件制成）、車身框架、各種內(nèi)飾件等統(tǒng)稱為車身板件。面板的制造質(zhì)量對整車質(zhì)量至關(guān)重要，尤其是轎車和各種乘用車的焊接。裝配生產(chǎn)和整車的外觀影響很大，因此質(zhì)量檢驗(yàn)成為汽車制造商必不可少的工作。對于我國重要的小型沖壓件，一般采用專用檢具（簡稱檢具）作為主要檢驗(yàn)手段，控制工序間的產(chǎn)品質(zhì)量。美國、德國、日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都開始采用在線檢測設(shè)備來高效、快速地響應(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)了兩套在線檢測設(shè)備，但由于技術(shù)和管理原因未能得到有效使用。而且，由于在線檢測設(shè)備成本高、技術(shù)要求高，在我國難以普及。適用于小型車身沖壓件的檢測。近年來，隨著乘用車及乘用車行業(yè)的快速發(fā)展，車身板件檢測工具在國內(nèi)汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。國家經(jīng)貿(mào)委已將檢具生產(chǎn)能力列入整車企業(yè)生產(chǎn)狀況考核程序。因此，設(shè)計(jì)和制造操作方便、檢測精度高的專用檢測工具已成為眾多汽車制造商亟待解決的問題。

2 小型車身沖壓件檢具的組成及特點(diǎn)

車身小沖壓件檢具主要由底板總成、檢具、斷面模型、主副定位銷和夾緊裝置組成（見圖1)。主要元件檢查是工件的形狀（包括工件的輪廓和表面?？祝ㄌm和其他特征的形狀等）。檢具設(shè)計(jì)時(shí)，尺寸參考一般放在body坐標(biāo)系中，在X、Y、Z方向每100mm畫一條坐標(biāo)線，并用參考塊和參考孔建立坐標(biāo)系的量具。

車身沖壓件大多具有空間曲面、局部特征多、非軸對稱、剛性差等特點(diǎn)，定位、支撐、裝夾難度較大。目前，大部分車身沖壓件的檢測都是由數(shù)控機(jī)床根據(jù)數(shù)字模型和預(yù)定的加工程序一次性自動(dòng)完成，自動(dòng)完成所有需要加工的表面和孔。檢查材料多為環(huán)氧樹脂。檢測設(shè)計(jì)完成后，再根據(jù)檢測細(xì)節(jié)確定底板組件的位置和尺寸，并在需要檢測的關(guān)鍵部分建立橫截面模型。

3 檢具設(shè)計(jì) 一般步驟

3.1 工件和檢測特定的設(shè)計(jì)建模

首先參照零件圖分析工件，制定檢具設(shè)計(jì)的初步方案，確定基準(zhǔn)面、檢具的不平整度、檢查斷面、定位面等，簡單畫出其二維示意圖。

在檢具的設(shè)計(jì)中，檢具的具體設(shè)計(jì)建模是關(guān)鍵，它直接影響檢具能否準(zhǔn)確檢測工件的質(zhì)量。由于車身面板以自由曲面為主的特性，“從實(shí)物逆向搜索”是目前通用的建模方法。逆向搜索是在現(xiàn)有工件或物理原型的基礎(chǔ)上，利用激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，并通過數(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，基于點(diǎn)云采集工件表面特征信息，將點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為車身坐標(biāo)，并使用surfacer軟件對點(diǎn)信息進(jìn)行處理，得到工件表面的特征曲線。, 從而生成最終的自由曲面模型；同時(shí)，可以通過點(diǎn)云到表面的最大和最小距離檢測生成的原型模型。需要注意的是，此時(shí)得到的模型是沒有厚度的片狀模型。需要根據(jù)掃描儀掃描的表面來區(qū)分型號是工件的內(nèi)表面還是外表面，這對于檢測的詳細(xì)設(shè)計(jì)尤為重要。生成的原型模型可以通過點(diǎn)云到表面的最大和最小距離進(jìn)行檢測。需要注意的是，此時(shí)得到的模型是沒有厚度的片狀模型。需要根據(jù)掃描儀掃描的表面來區(qū)分型號是工件的內(nèi)表面還是外表面，這對于檢測的詳細(xì)設(shè)計(jì)尤為重要。生成的原型模型可以通過點(diǎn)云到表面的最大和最小距離進(jìn)行檢測。需要注意的是，此時(shí)得到的模型是沒有厚度的片狀模型。需要根據(jù)掃描儀掃描的表面來區(qū)分型號是工件的內(nèi)表面還是外表面，這對于檢測的詳細(xì)設(shè)計(jì)尤為重要。

為了實(shí)現(xiàn)檢測工具對工件自由曲面的檢測，檢測面與工件內(nèi)表面的間隙一般保持在2-3mm左右的恒定間隙。檢測時(shí)，可以用專用量具，通過量規(guī)表面的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來測量工件表面的偏差。檢測工件外輪廓的方法主要有兩種。設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測工具時(shí)： ①檢測面沿工件外輪廓切線向外延伸約20mm；②沿工件外輪廓法線方向向下延伸約20mm。一般的CAD軟件（如UG），將工件表面向內(nèi)偏移2-3mm的距離（如果生成的工件模型是外表面，做偏移時(shí)加上工件的厚度），然后將表面沿輪廓的切線或法線延伸為20mm得到檢測體的檢測面，然后拉伸到參考平面一定距離作為檢測體模型。由于車身覆蓋件的復(fù)雜性，在生成檢測面時(shí)往往需要將上述兩種方法結(jié)合起來，但對于一些特殊的型材來說，這仍然難以實(shí)現(xiàn)。圖2為復(fù)雜形狀的加工示意圖。圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)支架的工件表面有明顯的自相交和兩處干涉。對于特定的曲面，最后，沿工件輪廓和被檢混凝土表面3mm間隔的雙劃線，方便工件輪廓的檢測。當(dāng)然，在檢具（尤其是檢具）的設(shè)計(jì)中會遇到很多類似的問題，需要對檢具的原理有透徹的理解和體會。

3.2 橫截面模型的設(shè)計(jì)建模

工件關(guān)鍵面的檢測一般是通過截面模板來實(shí)現(xiàn)的。檢具的截面模板分為旋轉(zhuǎn)式和插入式兩種。當(dāng)截面模板跨度超過300mm時(shí)，為保證垂直方向的檢測精度，通常設(shè)計(jì)為插件式。檢測面檢測工件的內(nèi)表面，截面模板用于檢測臨界截面的外表面。一般工作面距工件外表面2-3mm。建模方法和檢查工具 表面相似。斷面模型的板體材料一般為鋼或鋁等金屬，工作面部分可由鋁或樹脂制成。復(fù)雜形狀的橫截面模板在旋轉(zhuǎn)或插入時(shí)會發(fā)生干涉。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以分段處理，如圖3所示。

如果設(shè)置為插入式截面模型，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，會干擾檢測體或工件，所以設(shè)計(jì)為兩個(gè)獨(dú)立的回轉(zhuǎn)段。該模型能夠滿足綜合測試的要求。

3.3 工件定位夾緊

工件正確、合理的定位是準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)。車身蓋在檢具上的定位方法主要通過定位孔與卡盤的夾持定位或與永磁體的夾持配合來完成。隨著檢具在車身制造中的廣泛應(yīng)用，無論是杠桿式活動(dòng)卡盤還是永磁體，都有一系列產(chǎn)品可供選擇?；顒?dòng)卡盤還配有不同類型和尺寸的支架或支架。大多數(shù)車身面板都有主定位孔和輔助定位孔。主要定位銷一般為圓柱銷（圓孔）或菱形銷（腰孔），以限制X、Y方向的自由度；輔助定位銷為錐形銷?；蛘吡庑尾邃N來限制ZXYZ四個(gè)方向的自由度。設(shè)計(jì)檢具時(shí)，在檢具上定位孔的位置鉆孔（以插入定位銷襯套為準(zhǔn)），并給出定位孔的本體坐標(biāo)。同時(shí)，在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動(dòng)卡盤，確保工件定位牢固。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少夾持點(diǎn)的數(shù)量，以保證活動(dòng)卡盤在工作時(shí)不干擾其他零件。并考慮到工人的方便，最終給出了定位墊上表面中心的車身坐標(biāo)。設(shè)計(jì)檢具時(shí)，在檢具上定位孔的位置鉆孔（以插入定位銷襯套為準(zhǔn)），并給出定位孔的本體坐標(biāo)。同時(shí)，在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動(dòng)卡盤，確保工件定位牢固。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少夾持點(diǎn)的數(shù)量，以保證活動(dòng)卡盤在工作時(shí)不干擾其他零件。并考慮到工人的方便，最終給出了定位墊上表面中心的車身坐標(biāo)。設(shè)計(jì)檢具時(shí)，在檢具上定位孔的位置鉆孔（以插入定位銷襯套為準(zhǔn)），并給出定位孔的本體坐標(biāo)。同時(shí)，在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動(dòng)卡盤，確保工件定位牢固。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少夾持點(diǎn)的數(shù)量，以保證活動(dòng)卡盤在工作時(shí)不干擾其他零件。并考慮到工人的方便，最終給出了定位墊上表面中心的車身坐標(biāo)。在檢測體上定位孔位置鉆孔（以插入定位銷襯套為準(zhǔn)）檢具設(shè)計(jì)，并給出定位孔的體坐標(biāo)。同時(shí)，在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動(dòng)卡盤，確保工件定位牢固。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少夾持點(diǎn)的數(shù)量，以保證活動(dòng)卡盤在工作時(shí)不干擾其他零件。并考慮到工人的方便，最終給出了定位墊上表面中心的車身坐標(biāo)。在檢測體上定位孔位置鉆孔（以插入定位銷襯套為準(zhǔn)），并給出定位孔的體坐標(biāo)。同時(shí)，在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動(dòng)卡盤，確保工件定位牢固。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少夾持點(diǎn)的數(shù)量，以保證活動(dòng)卡盤在工作時(shí)不干擾其他零件。并考慮到工人的方便，最終給出了定位墊上表面中心的車身坐標(biāo)。在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動(dòng)卡盤，保證工件定位牢固。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少夾持點(diǎn)的數(shù)量，以保證活動(dòng)卡盤在工作時(shí)不干擾其他零件。并考慮到工人的方便，最終給出了定位墊上表面中心的車身坐標(biāo)。在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動(dòng)卡盤，保證工件定位牢固。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少夾持點(diǎn)的數(shù)量，以保證活動(dòng)卡盤在工作時(shí)不干擾其他零件。并考慮到工人的方便，最終給出了定位墊上表面中心的車身坐標(biāo)。

對于只有一個(gè)定位孔的工件，由于主定位孔只能限制兩個(gè)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）

3.4 底板總成設(shè)計(jì)

在檢測體上表面沿基準(zhǔn)面拉伸一定距離，使其最低點(diǎn)厚度大于150mm，以保證檢測體有足夠的強(qiáng)度。)，在身體坐標(biāo)系的整數(shù)位置。檢測體的底板總成一般由底板、槽鋼（必要時(shí)在加工中）、定位塊和萬向輪組成?；褰?jīng)檢測體固定后，其他部位可根據(jù)實(shí)際情況選用標(biāo)準(zhǔn)型號。

3.5孔檢測

車身沖壓件中許多重要的孔和法蘭需要單獨(dú)檢測。在檢查工具的設(shè)計(jì)中，通常在檢查體的上表面增加一個(gè)約1mm厚的凸臺。凸臺的中心與工件孔的中心在同一軸線上，直徑比孔的直徑大5mm。凸臺檢測采用雙劃線法（見圖5)。當(dāng)被測孔精度要求比較高時(shí)，定位孔用塞規(guī)和襯套檢測。

4。結(jié)論

在大型車身覆蓋件中，由于檢測對象形狀復(fù)雜、體積龐大、生產(chǎn)成本高、靈活性差，難以快速獲取大量準(zhǔn)確信息，逐漸被檢測出來通過先進(jìn)的自動(dòng)化。手段（如在線檢測系統(tǒng)）取代了，但是對于大批量生產(chǎn)的小型沖壓件的檢測檢具設(shè)計(jì)，目前我國的汽車生產(chǎn)企業(yè)還是主要依靠這類檢測工具。