试析检具设计的基本原则和方法

试析检具设计的基本原则和方法

梁贵任李超

柳州五菱汽车工业有限公司广西柳州545000

摘要：在大批量的产品生产中，控制产品的各种尺寸，需要用效率高，操作性强的尺寸误差检测工具，而检具就是较好的工具之一。检具能够很好地提高生产效率以及控制质量。笔者结合多年工作经验，对检具设计的基本原则和方法进行深入分析和探讨，以期为相关人员提供借鉴与参考。

关键词：检具设计；原则；方法；产品尺寸

汽车上零部件形状结构复杂，许多为非规则尺寸部品。特别是车身钣金件及内外装部品，为获得较好的视觉及空间效果，形状设计较复杂，多为空间尺寸。为实施对此类部品空间及边界尺寸的检查，就需要制作专用的部品检具来协助检査。

1检具的概述

1.1检具的概念

检具是一种用来测量和评价零件尺寸质量的专用检验设备。在零件生产现场,通过检具实现对零件的在线检测,为此需要将零件准确地安装于检具上,然后通过目测,或测量表,或卡尺对零件型面,周边进行检查,也可以借助检验销或目测对零件上不同性质的孔及零件与零件之间的联接位置进行目检，从而保证在试生产及起步生产时实现零件质量状态的快速判断。

在此情况下，通过目检或测量可以判断:零件轮廓周边大小和形状区域以及相对位置与通过CAD/CAM直接加工的检具理论值之间的偏差。对于零件上的某些极其重要的功能性．尺寸，还能利用检具进行数值检测。通常不能借助检具直接获得零件基于车身坐标系统精确的坐标值,而是将零件置于检具上通过三坐标测量机测量方才获得。现代检具的结构在设计时同时考虑其可以作为测量支架使用。但是当检具的在线检查功能与测量支架功能不能同时满足时，应首先满足检具的在线检查功能。

1.2检具的分类

1.2.1功能型检具—计数型

通过装备通止判定合格或不合格，如通止规、卡规、螺纹规、位置度检具等。

1.2.2测量型检具—计量型

带有表头（百分表、千分表等）可以测量出数值检具。如：外径检具、高度检具等。

2检具设计的基本原则与一般步骤

2.1检具设计的基本原则

2.1.1保证测量精度

测量部分结构的被测尺寸线和仪表反映变化的直线在一条直线上(同向）；测量部分结构的构件数应尽量减少，即尺寸链最短，减少中间环节；正确选取底座的结构，材料，热处理；检具图纸标准合理的技术要求，重要尺寸和形状公差应规定磨损极限。

2.1.2保证强度和刚性

检具应具有足够的强度和刚性，不变形，并能满足正常使用的期限与模具使用寿命相同，此外尽可能采用轻量化设计、制造。

2.1.3合理选择材料和热处理，具有耐磨性和稳定性

检具应具有足够的强度和刚性，不变形，并能满足正常使用的期限与模具使用寿命相同，此外尽可能采用轻量化设计、制造。

2.1.4经济性

在检具制作中，要保证检测要求前提条件少，尽可能降低成本，提高检测的效率。

2.1.5操作方便，检验效率高

检具高度一般取为500mm～600mm，应优化合理，尽可能与车身上所处装配位置保持一致，并能够满足检测要求，且准确可靠，操作方便。

2.2检具设计的一般步骤

（1）前期消化，明确产品要求：包括定位基准位置及大小、检验特征、测量位置及公差大小等；

（2）根据产品要求，确定检具结构类型；

（3）确定测量方式，形成检具设计概念图或方案图；

（4）出装配图、零件图。

装配图必须反映出定位基准、检验特征的检验方式、配合尺寸、总尺寸、零件材料及热处理要求等。

3检具设计的方法

3.1确定产品摆放方式

（1）在设计检具之前,首先必须确定此部件在整个汽车中的装配位置,定位方法(包括定位点的选择及其位置),固定方式,以及与周围相关部件的关系。这一点非常重要,在检具的设计过程中,无论是部件的摆放方式,还是定位.夹紧点的选择,或者是检查项目的确定,都与此有关。设计者可通过察看整车中此部件的装配情况及写用户产品工程师进行切磋,建立产品的宏观形象,并对其相关问题(装配位置,定位方法,固定方式,与周围部件的关系)有了明确答案,那么,现在,就可进行整个检具的设计了。

（2）产品的摆放尽可能与其在整个汽车中的摆放方式相同,即按产品的装车位置摆放,这样就可使产品在检测过程中再现其在汽车装配后的实际状态,从而使测量结果真实地反映出产品装配在汽车上的实际情况。如果按产品的装车位置摆放而造成定位、装夹、测量等无法进行或非常不方便,可将产品进行旋转,旋转角度必须选择90度或180度。此次左/右前门防护板检具的设计,产品即按其装车位置摆放,一副检具同时放置左/右两个零件。

3.2确定产品定位点、夹紧点

在与用户产品工程师进行充分讨论之后,确定产品定位点为A、B(定Y方向)两平面和C(C为六个小搭子,搭子底面定Z方向,两侧定X方向)。在整车的装配中,即是以此A、B、C三处确定产品的X、Y、Z方向。至此,产品已经完整定位。定位基准的位置公差应小于0.1mm。许多冲压件,产品定位是以两个孔加面的方式来确定的。那么,这两定位孔应有区别：一个是定四方位(用圆形销,直径为产品孔直径明义尺寸减0.2mm),另一个是定二方位(用棱形销,长边直径(工作部分)为产品孔直径明义尺寸减.03mm,短边(非工作部分)比长边直径小众5mm)。

在原整车的装配中,此产品是以C面六个小搭子卡住车前门外表面挂钩上,以B面不干胶粘贴在车前门外表面,因为不干胶是一次性使用的,而产品测量后仍须使用,故检具在此B(两处)、C(六处)面处用夹紧器将产品夹紧;A面原本是以凹槽卡住车前门外表面挂钩上的,考虑到产品在检具上安装.取下方便及夹紧可靠,为此在A面亦加上三个夹紧器。至此,A、B、C三面已被牢固夹紧在定位面上。在设计夹紧C面六个小搭子时,因产品是左/右两件同时摆放在检具上检测,而C面六个小搭子是在产品内表面上,亦即在产品与墙板之间,无法直观看见,因此设计中采用了一套活动夹紧装置,压下检具上方的平动式夹紧器可使夹紧装置松开;而抬起夹紧器后,,夹紧装置中的弹簧使夹紧装置能够夹紧产品。这种设计,可使夹紧装置中的转轴保证夹紧力垂直于产品面。

根据汽车公司的检具标准,夹紧器在夹紧产品时必须是弹性夹紧,以免伤及产品。因此,这种设计,确保产品夹紧是弹性的；同时,本检具其余各夹紧点夹紧产品部位,均采用了弹簧和橡胶,以弹性力来固定产品。弹性夹紧力保持在skg左右,过小会夹不紧,过大会损伤产品,如下图所示。

3.3测项目功能的设计

所有检测项目的设立,是由用户产品工程师根据产品的GD&T图纸提出的,检具设计工程师可以根据对产品功能及作用的了解,以及在检具设计当中发现的问题,向用户产品工程师提出自己的看法,适当增加或减少检测项目。

（1）送检产品是否合格,首先须测量其KPC点,也就是关键产品特性点。如果KPC点不合格,产品就是不合格的,以后的检测也就无须进行了。为了保证KPC点测量的精度,测量器选用百分表,并在检具相应位置处设计一基准座;同时,设计一校表器(精度为士.002mm)。使用之前,先将百分表在校表器上校零,然后,再插人基准座。这样,就可直接读出检测产品的误差,而无须到三座标测量仪上测量，如下图所示。

（2）KPC点合格之后,就可进行整个产品的检测了。具体使用何种检测方法,将根据具体情况决定。一般原则是:产品边缘轮廓线,画线检(上下公差线)目测,基准的公差应在±0.50mm以内;边缘轮廓面,检测面让开3mm,塞尺检测,用做基准的表面轮廓位置公差应限制在±0.20mm以内;中部轮廓面,设置若干卡板,卡板公差应在±0.25mm以内,以塞尺检测;孔,设置衬套,以止通规检测孔位置度及大小,其基准位置公差应限制在±0.15mm以内,圆销止通规直径为产品孔直径大小按最大实体原则减孔位置度;另外,为了解本产品与同其配合件是否顺畅,可设置若干模拟块(按装车位置摆放),模拟块公差应在±0.50mm以内。当某一产品的特性偏离上述规范时,检具公差可采用1110准则。在产品图纸上针对某一产品特性标注公差的1/10可用作检具制造公差。

（3）因所需检测轮廓位于产品与墙板之间,所以此项检测只能在墙板后方进行；同时,本检具为左/右件相对摆放,无法直接观测到检测轮廓。因此,设计过程中,在轮廓线选定检测点(非全程)相应墙板上加工一孔,装上测量座。检测点位置度公差±0.02mm,测量座内测量导向孔为一10×10方孔,止通规导向部分亦为10×10正方形,工作部公差±0.02mm,由此而产生的最大误差为0.09mm,误差控制在通用汽车公司检具标准之内(±0.15mm)。检测时,检查员通过观测基准座观测面着落于止通规上位置,来判断产品是否合格(基准座观测面位于涂色段内为合格,否则为不合格)。

结语

综上所述，检具的作用多数是对产品边界有匹配要求的尺寸进行检查，如此，部品边界的检具检测块的设计方案合理与否，会直接影响到对部品的测量作业。

参考文献

[1]孔凡燕,崔礼春,虞帅,赵烈伟,孙连福.汽车柔性化顶盖检具设计与应用[J].锻压装备与制造技术,2018,53(04):42-45.

[2]胡炜,赵瑞,王宾.车身检具设计问题浅析[J].汽车与配件,2018(17):77-79.