汽車轉(zhuǎn)向節(jié)位置度綜合檢具的設(shè)計(jì)方法

薛博文 劉會(huì)瑩 郭建東

(中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066004)

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車懸架系統(tǒng)的重要構(gòu)件，其主要作用是承受汽車前部載荷，支承并帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向；同時(shí)，又是連接轉(zhuǎn)向拉桿、下擺臂、減震器以及軸承的安裝載體。常見的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)如圖1a所示。

由于轉(zhuǎn)向節(jié)在汽車懸架系統(tǒng)中關(guān)鍵性的作用和功能，使得其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜[1-4]。為了能夠與眾多連接件順利安裝，轉(zhuǎn)向節(jié)上的各個(gè)孔都必須保證非常高的加工精度和位置度。目前，轉(zhuǎn)向節(jié)各孔的位置度一般是通過三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行檢測，雖然檢測精度高，但是效率非常低，無法滿足批量生產(chǎn)的檢測要求。

因此，在批量生產(chǎn)過程中，急需一種位置度綜合檢具來提高檢測效率。使用位置度綜合檢具是控制產(chǎn)品質(zhì)量的一種快速有效的檢測手段[5]。以圖1b所示轉(zhuǎn)向節(jié)為例，介紹一種位置度綜合檢具的設(shè)計(jì)思路，并給出具體的設(shè)計(jì)過程。

1 綜合檢具的設(shè)計(jì)

綜合檢具的設(shè)計(jì)流程：首先，確定檢具的基準(zhǔn)，并以此建立檢具坐標(biāo)系；其次，確定測量部分的型式，并對(duì)相關(guān)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；最后，對(duì)檢具圖紙進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并標(biāo)注。以下對(duì)設(shè)計(jì)流程中的關(guān)鍵步驟進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 檢具基準(zhǔn)的確定

檢具的基準(zhǔn)要與工件GD&T圖紙中的基準(zhǔn)保持一致，這樣才能滿足其位置精度高的檢測要求。因此，必須在檢具上完全模擬出GD&T圖紙中的所有基準(zhǔn)。

圖1b中被測要素的基準(zhǔn)為A、B和C，且B和C兩個(gè)中心要素基準(zhǔn)都遵循獨(dú)立原則，所以檢具的基準(zhǔn)如圖2所示。

檢具的A基準(zhǔn)為定位塊7的上端面，尺寸要大于工件的A基準(zhǔn)尺寸。

檢具的B基準(zhǔn)采用鋼球漲緊的型式。具體實(shí)現(xiàn)形式為：旋緊螺母1，在上壓塊3和下壓塊6的作用下，保持架4上圓周方向均布的若干鋼球5會(huì)將工件B基準(zhǔn)孔漲緊。

檢具C基準(zhǔn)用布置在底板8上的導(dǎo)向套10和削邊錐銷9共同作用實(shí)現(xiàn)。為消除B基準(zhǔn)和C基準(zhǔn)的中心距誤差，將削邊錐銷9設(shè)計(jì)成削邊的形狀，且與導(dǎo)向套10配合后方向固定；同時(shí)將其與工件C基準(zhǔn)孔實(shí)際配合的部分做成錐形，消除配合間隙。

1.2 檢具坐標(biāo)系的建立

檢具坐標(biāo)系的建立原則要與工件GD&T圖紙中坐標(biāo)系的建立原則保持一致，通過檢具的A、B和C三個(gè)基準(zhǔn)來建立其坐標(biāo)系。

以A基準(zhǔn)所在平面作為Z面，以B基準(zhǔn)中心線作為檢具坐標(biāo)系的Z軸，其和Z面交點(diǎn)作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。B和C兩個(gè)基準(zhǔn)軸線在Z面上的投影點(diǎn)的連線，旋轉(zhuǎn)理論角度40.17°(tan-1(65/77))作為檢具坐標(biāo)系的X軸，再旋轉(zhuǎn)理論角度90°作為檢具坐標(biāo)系的Y軸。圖3是建立的檢具坐標(biāo)系示意圖。

1.3 測量部分的設(shè)計(jì)

測量部分是指各孔的檢測銷，其結(jié)構(gòu)主要包括檢驗(yàn)部位和導(dǎo)向部位，設(shè)計(jì)依據(jù)為GB/T8069-1998《功能量規(guī)》。根據(jù)工件結(jié)構(gòu)確定檢具的型式為插入型功能量規(guī)，基準(zhǔn)類型為一個(gè)平面要素和兩個(gè)中心要素。

1.3.1 光孔位置度檢測裝置的設(shè)計(jì)

以φ51.18±0.05 mm孔為例，按照GB/T8069-1998中工作部位尺寸的計(jì)算公式，對(duì)此孔檢測銷的檢驗(yàn)部位和導(dǎo)向部位的尺寸進(jìn)行計(jì)算[6]，數(shù)值如下：

DMV=50.88 mmTt=0.35 mm

由表1可得：

T1=W1=0.008 mm；TG=WG=0.005 mm ；Smin=0.004 mm；t1=0.012 mm；t′G=0.004 mm

由表2可得：F1=0.045 mm

對(duì)于檢驗(yàn)部位：

對(duì)于導(dǎo)向部位：

取dGB=DGB=54 mm

1.3.2 錐孔位置度檢測裝置的設(shè)計(jì)

對(duì)于錐孔位置度的測量，GB/T8069-1998《功能量規(guī)》中并沒有相關(guān)尺寸的計(jì)算公式，所以無法直接對(duì)其進(jìn)行檢測。實(shí)際測量時(shí)，需要將被測要素進(jìn)行轉(zhuǎn)換，圖4是錐孔位置度測量轉(zhuǎn)換工裝的結(jié)構(gòu)示意圖。

1.4 檢具圖紙的標(biāo)注

檢具圖紙的標(biāo)注方式要與工件GD&T圖紙的設(shè)計(jì)原則保持一致，在所建立的檢具坐標(biāo)系下，對(duì)各個(gè)孔的導(dǎo)向套軸線的位置進(jìn)行標(biāo)注。

由于檢具上各導(dǎo)向套軸線的理論位置與工件上各孔軸線的理論位置同軸，所以將工件各孔軸線的位置尺寸作為導(dǎo)向套軸線的理論尺寸，以此確定檢具上各個(gè)導(dǎo)向套軸線的理論位置。以φ51.18±0.05mm孔為例，在檢具坐標(biāo)系下的標(biāo)注方式如圖5所示。

2 檢具精度的檢測方法

檢具精度的檢測是利用三坐標(biāo)測量機(jī)，對(duì)檢具測量部分的實(shí)際位置度進(jìn)行檢測。對(duì)于具體的檢測方法，至今沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)方法是對(duì)檢測銷的測量部位進(jìn)行檢測，由于檢測銷導(dǎo)向部位與導(dǎo)向套之間存在間隙，所以這種方式測得的位置度數(shù)值并不準(zhǔn)確。

在此，提出一種簡單合理的精度檢測方法：在導(dǎo)向套上取兩個(gè)節(jié)圓，首先判斷導(dǎo)向套實(shí)際軸線的位置度是否合格；如果合格，再利用三坐標(biāo)測量機(jī)繼續(xù)將測得的實(shí)際軸線向被測工件孔的方向延伸，判斷在工件被測孔軸線長度范圍內(nèi)，延伸后的軸線位置度是否合格，以此來判斷檢具測量要素的位置度是否合格。此方法完全消除了檢測銷導(dǎo)向部位與導(dǎo)向套之間的間隙對(duì)位置度測量產(chǎn)生的影響，能夠?qū)z測過程中的誤差降到最小。

3 檢具精度的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

檢具的使用方法：首先，將轉(zhuǎn)向節(jié)工件安裝到檢具上，使A、B和C三個(gè)基準(zhǔn)與檢具上的基準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)，并將其壓緊；然后，將檢具上的各個(gè)檢測銷(測量要素)，依次插入轉(zhuǎn)向節(jié)各個(gè)孔(被測要素)中，如果所有檢測銷能夠全部插入，可判定工件合格，如果某一檢測銷無法通過，說明此孔的位置度不合格。圖6是檢具實(shí)物圖，圖7是檢具實(shí)際檢測時(shí)的示意圖。

以φ51.18±0.05 mm孔為例，對(duì)此孔的檢具位置精度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具體實(shí)驗(yàn)過程如下：先用三坐標(biāo)測量機(jī)對(duì)此孔的位置度進(jìn)行實(shí)際測量；然后選取位置度在φ0.25 mm之間的合格工件10件，選取位置度在φ0.25 mm至φ0.3 mm之間的不合格工件10件，分別進(jìn)行標(biāo)記；最后，由兩名檢測人員兩次測量所有零件，表3是實(shí)際測量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)表。

表3 檢具實(shí)際測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

零件號(hào)CMM測量結(jié)果檢測人員A檢測人員B12121GGGGG2GGGGG3NGNGNGNGNG4GGGGG5NGNGNGNGNG6NGNGNGNGNG7GGGGG8GGGGG9NGNGNGNGNG10NGNGNGNGNG11GGGGG12NGNGNGNGNG13GGGGG14NGNGNGNGNG15GGGGG16GGGGG17NGNGNGNGNG18NGNGNGNGNG19GGGGG20NGNGNGNGNG

注：G表示檢測銷通過檢測孔；NG表示檢測銷不能通過檢測孔。

從表3中可以看出，三坐標(biāo)測量結(jié)果與綜合檢具測量結(jié)果完全一致，其余孔的位置度按照此方法測量所得結(jié)果也全部一致。按照MSA小樣法的規(guī)定，如果所有的測量結(jié)果(每個(gè)零件四次)一致，則接受該檢具，所以，此檢具的位置精度完全能夠滿足檢測要求。

4 結(jié)語

對(duì)前轉(zhuǎn)向節(jié)綜合檢具的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了分析，給出了位置度綜合檢具的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，提出了一種對(duì)于檢具精度檢測的新方法，該方法對(duì)于類似型式的檢具位置精度檢測具有借鑒意義。實(shí)驗(yàn)研究表明，采用此方法所設(shè)計(jì)的檢具位置精度能夠滿足檢測要求。

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[4]張蕾，朱華炳，何春華，等.鑄造式汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010(5)：100-103.

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[6]全國形狀和位置公差標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，GB/T 8069—1998《功能量規(guī)》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

(編輯 譚弘穎)

(收稿日期：2017-08-22)

文章編號(hào)：180442

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