基于UG的轎車轉向管柱上護罩檢具設計

趙海東，楊保成，申 勇，焦洪宇

（常熟理工學院 汽車工程學院，江蘇 常熟 215500）

隨著汽車技術與社會經(jīng)濟水平的提高，人們對高質(zhì)量汽車的需求不斷增加.檢具是一種用來檢測和評價汽車零部件尺寸的專用檢驗設備［1］.在生產(chǎn)過程中，將工件置于檢具上，可對零件質(zhì)量狀態(tài)進行快速而準確的判斷.因此檢具對汽車質(zhì)量的監(jiān)測管理起到了關鍵作用，它能適應生產(chǎn)企業(yè)大批量生產(chǎn)的需求，同時有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率［2］.檢具由支撐裝置、定位裝置、夾緊裝置、檢測裝置以及其他的輔助裝置構成［3-4］.它主要向通用化、輕量化、可回收化、柔性化和數(shù)字化方向發(fā)展［5］.嚴格按設計要求設計制造的檢具，能夠涵蓋零件所有參數(shù)，對零件的符合性進行檢驗，從而提高零件的制造精度.因此對檢具的開發(fā)顯得尤為重要,其勢必成為汽車行業(yè)中重要的組成部分［6-7］.

1 轉向管柱上護罩建模

轉向管柱上護罩屬于汽車內(nèi)外飾件中塑料件的類別，主要起到裝飾的作用.產(chǎn)品性能要符合車身內(nèi)外飾件規(guī)定，要按照國家規(guī)定進行工件阻燃性試驗，其燃燒速度不大于70 mm/min.產(chǎn)品上的突出物要滿足《乘用車內(nèi)部突出物》法規(guī)規(guī)定，重量及材料根據(jù)實際使用要求進行選擇.上護罩結構如圖1所示.

對被測轎車轉向管柱上護罩進行激光掃描，獲取具體數(shù)模參數(shù)，然后對工件進行三維建模，如圖2所示.參照工件的零件圖對待測工件進行結構分析，確定檢具關鍵信息，如基準面、凹凸情況、待檢測截面和定位面等，如圖3所示.

2 檢具體及斷面樣板的建模

2.1 檢具體的建模

在檢具設計過程中，關鍵是對檢具體的建模，檢具檢測結果準確與否取決于檢具體建模是否準確.目前，在行業(yè)中采用“實物反求”法對檢具體進行建模，通過激光對工件進行掃描，從激光檢測儀中得出實物數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理后得出檢具體建模數(shù)據(jù)，最后利用相關的制圖軟件構建其三維模型.由于零件本身存在制造誤差與裝配誤差，為避免相互干涉，設計時在檢具體與零件的表面間留有一定的間隙，以確保檢具能夠正常使用.

在UG中首先將工件表面沿外輪廓向內(nèi)偏置3 mm的距離，接著將工件檢測表面沿切向或者法向延伸20 mm作為檢具的檢測面并標記不同顏色，將基準面拉伸一定距離得到檢具體.對于特殊的表面，待檢具體成型后再修剪.檢具體模型如圖4所示.

圖1 上護罩結構簡圖

圖2 工件三維模型

圖3 檢具基準示意圖

圖4 檢具體模型

2.2 斷面樣板的建模

在上護罩檢具中，通過斷面樣板對待測工件的關鍵形面進行檢測，斷面樣板主要分為旋轉式、插入式和推拉式3類，當工件的跨度較大時，為保證檢具在垂直方向的測量精度，通常將插入式斷面樣板作為設計首選，但當遇到特殊的形面時，可采取打斷式設計.

設計時考慮到上護罩檢具的檢具體主要用來檢測工件的內(nèi)表面（如圖4橢圓范圍內(nèi)）.上護罩檢具的斷面樣板主要用來檢測關鍵截面的外表面，設計時會使檢具的工作表面與工件的外表面間保持2～3 mm的距離，其建模方法與檢具體類似.斷面樣板的具體工作表面材料要根據(jù)實際情況來確定.旋轉式斷面樣板與插入式斷面樣板如圖5所示.插入式斷面樣板主要用于檢測被測工件下表面的自由曲面（如圖6方框所示）.

圖5 斷面樣板

圖6 斷面樣板安裝示意圖

3 底板總成及檢具支架設計

3.1 檢測裝置選取

檢測裝置主要用來表征被測參數(shù)實際數(shù)值或其誤差的大小.檢測裝置的精度、檢測點的位置都會影響檢測結果的準確性.將工件置于檢具上，用檢測裝置來判斷各曲面的尺寸是否符合要求.本設計中，采用通止規(guī)和面差規(guī)來進行定性檢測.檢測裝置如圖7所示.

圖7 檢測裝置

3.2 底板總成設計

此次設計采用鑄鋁材料的底板，因其材料硬度不高、易切削加工、耐磨性較好.底板上刻有百位線，每隔100 mm作為一檔進行刻注，百位線可起到提高裝配效率、提高三坐標檢測儀對檢具精度檢測的測量速度和美化檢具外觀的作用.要確保底板具有一定的裝配強度，底板上設有3個基準孔，孔上裝有基準塊，底板上還配有通止規(guī)和面差規(guī)等測量儀器，如圖8所示.

圖8 底板總成

3.3 檢具支架設計

為匹配工件在車上位置，使檢測更方便準確，需模擬產(chǎn)品在車上的實際安裝位置，因此檢具支架孕育而生，根據(jù)實際需求設計出合適的檢具支架，如圖9所示.

圖9 檢具支架

4 定位裝置設計

在國內(nèi)，汽車車身坐標系通常以汽車前輪前橋上平面的中點為坐標原點，以汽車由車頭到車尾的長度方向為X軸，以汽車由車底到車頂?shù)母叨确较蛟O為Z軸，以汽車的寬度方向為Y軸.檢具基準的選取通常以基準統(tǒng)一、基準重合、互為基準、自為基準為選取原則，從而能確保整個工件的定位更準確、夾緊更可靠、操作更便捷.

檢具通常采用3-2-1定位法則來進行定位，檢具上零件的定位主要通過3個平面來確定，即第一基準面（a）、第二基準面（b）和第三基準面（c）.第一基準需要3個或者更多的接觸點，第二基準需要2個接觸點，第三基準需要1個接觸點，即3-2-1原則.實際生產(chǎn)中盡量選擇零件的重心平面作為第一平面，以便于零件與基準面更好的接觸.

因為上護罩的檢具較小，故在上護罩檢具的底座上設有3個基準孔（見圖10），并裝有3個基準塊，如圖11所示.

圖10 檢具底座上的3個基準孔

圖11 基準塊

5 夾緊裝置設計

考慮到零件在汽車上的安裝位置，當對工件進行檢測時，可利用夾緊裝置，使零件與基準面較好貼合，從而防止檢測時工件發(fā)生不必要的滑動而導致檢測結果不準確.夾緊裝置應該以不使定位和零件遭到損壞為原則，同時要保證其結構輕巧且便于零件的裝卸.設計時盡可能采用市場上的標準件，以避免日后更換的麻煩.而且要確保夾緊機構在伸縮過程中有足夠的空間，不與其他工件發(fā)生干涉.夾緊裝置要有足夠的剛度，能夠把零件的變形控制在最小范圍內(nèi)，夾緊裝置的夾頭最好能夠與基準面保持垂直.

本次設計主要采用以下兩類夾緊裝置：一類是利用鎖緊螺釘和卡扣的組合對工件進行夾緊，如圖12所示；另一類是利用滑條和定位塊的組合對工件進行夾緊，如圖13所示.最后在UG中完成工件與檢具的裝配，如圖14所示.通過UG中的制圖模塊導出檢具的裝配圖和零件圖，并進行裝配圖與二維零件圖的尺寸標注.

圖12 夾緊機構

圖13 卡緊機構

圖14 工件與斷面樣板裝配示意圖

6 結論

采用UG進行檢具設計，只需根據(jù)樣件或產(chǎn)品圖紙來建立產(chǎn)品的三維模型，利用軟件的編輯功能可完成大部分設計內(nèi)容，創(chuàng)建出來的模型與產(chǎn)品達到較好匹配度，檢具的設計簡便、經(jīng)濟.可見，在滿足客戶要求的前提下，利用UG進行檢具設計，可以有效地根據(jù)產(chǎn)品的實際設計要求、工作特性并結合產(chǎn)品的結構和外觀特點決定檢具的設計方案，從而使檢具更能達到預期的使用目標.