汽車保險(xiǎn)杠總成檢具開發(fā)

郎 倩，岑 迪，顧元峰

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

0 引言

汽車零部件是保證汽車質(zhì)量的關(guān)鍵要素，同時(shí)也是構(gòu)成一輛完整汽車的重要基礎(chǔ)。保險(xiǎn)杠總成是汽車零部件中最重要的外飾之一，它不僅能緩沖外界撞擊，防護(hù)車身前后部，還追求與整車造型和諧統(tǒng)一。近年來，隨著整車“感知質(zhì)量”要求不斷提升，對(duì)保險(xiǎn)杠外觀幾何尺寸控制也更嚴(yán)格[1]。保險(xiǎn)杠檢具作為尺寸檢測(cè)的重要設(shè)備，其重要性不言而喻，因而也越來越受到汽車主機(jī)廠的重視。合理的保險(xiǎn)杠總成檢具不僅操作方便、實(shí)用性強(qiáng)，且能減小保險(xiǎn)杠尺寸不穩(wěn)定帶來的偏差，真實(shí)反映零件裝車狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。

本研究以整車廠檢具驗(yàn)收視角，立足實(shí)際車型，結(jié)合零件圖紙，面向裝配抱怨，開發(fā)了一套汽車前后保險(xiǎn)杠總成檢具。力求操作簡單、結(jié)果穩(wěn)定、數(shù)據(jù)直觀，快速判斷保險(xiǎn)杠總成特征要素是否符合圖紙要求，為零件優(yōu)化及其工藝調(diào)整奠定有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 保險(xiǎn)杠總成檢具總體設(shè)計(jì)思路及驗(yàn)收要求

檢具的本質(zhì)是模擬車身裝配關(guān)系，借助檢測(cè)工具對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)[2]。汽車保險(xiǎn)杠分為前保和后保。其檢具應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)、工藝要求，設(shè)置合理的定位、夾緊和支撐裝置，確保測(cè)量尺寸可靠[3]。檢具設(shè)計(jì)依據(jù)產(chǎn)品工程圖紙，圖紙上標(biāo)識(shí)了零件RPS（Reference Point System）定位信息及尺寸和匹配要求。

保險(xiǎn)杠的檢具方案需要得到主機(jī)廠確認(rèn)。涵蓋以下信息：（1）檢具基座使用裝車位置。（2）定位基準(zhǔn)方案與圖紙一致，明確基準(zhǔn)孔，基準(zhǔn)面、定位面數(shù)量、位置和夾緊方式。（3）確定檢測(cè)元素：關(guān)鍵產(chǎn)品特性，特征線、功能和過去經(jīng)常發(fā)生抱怨的區(qū)域。（4）材料選擇需考慮耐久性、功能性、重復(fù)性。（5）考慮操作者人機(jī)工程、保險(xiǎn)杠拆裝的難易程度以及數(shù)據(jù)采集的可行性。

主機(jī)廠審核好供應(yīng)商的檢測(cè)方案后，即可進(jìn)行檢具制造。驗(yàn)收資料包含以下6 份文檔：（1）檢具測(cè)量報(bào)告；（2）重復(fù)性精度；（3）保險(xiǎn)杠檢測(cè)方案；（4）檢具設(shè)計(jì)CAD 數(shù)據(jù)；（5）檢具設(shè)計(jì)說明和使用說明書；（6）檢具認(rèn)可報(bào)告。驗(yàn)收完成后，這些資料隨同保險(xiǎn)杠檢具實(shí)物交付給零件廠。

保險(xiǎn)杠總成檢具最終驗(yàn)收，需要和主機(jī)廠車身主模型KCB 對(duì)標(biāo)?？偝蓹z具和車載KCB 兩者定位元素相同，同一個(gè)保險(xiǎn)杠在檢具上和車載KCB 上，同一位置一致性小于0.3 mm，對(duì)標(biāo)合格。

2 保險(xiǎn)杠總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一套完整的汽車檢具大致由基礎(chǔ)件、測(cè)量基準(zhǔn)、功能裝置、移動(dòng)裝置、檢具標(biāo)志、輔助裝置六部分組成。從檢具基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出發(fā)，充分考慮其可作為測(cè)量支架使用，將檢具和測(cè)量支架合二為一。

2.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

保險(xiǎn)杠檢具本體由槽型材Q235 通過焊接成框型結(jié)構(gòu)，鋁制檢具基板放置在鋼制檢具架上表面。它是鏈接定位和檢測(cè)裝置的重要組成部分，結(jié)構(gòu)安排合理緊湊，必須預(yù)留測(cè)量所需空間，以保證測(cè)量設(shè)備測(cè)量。同時(shí)，還要去應(yīng)力并噴涂油漆以增強(qiáng)其抗腐蝕性能。圖1 是保險(xiǎn)杠檢具本體示例圖。

圖1 保險(xiǎn)杠檢具本體示例

2.2 測(cè)量基準(zhǔn)

保險(xiǎn)杠檢具底板上需設(shè)置符合要求的兩套測(cè)量基準(zhǔn)。兩套基準(zhǔn)必須重合且同時(shí)能用于三坐標(biāo)和光學(xué)測(cè)量時(shí)建立坐標(biāo)系?；鶞?zhǔn)孔坐標(biāo)應(yīng)設(shè)置在底板的百位線上。

測(cè)量基準(zhǔn)的加工精度為±0.02 mm，表面粗糙度為3.2，表面要求黑色陽極氧化?；鶞?zhǔn)孔底部需鑲嵌有一定吸力的磁鋼，用于放置直徑Φ30 mm 的光學(xué)測(cè)量球，磁鋼與基座要求H7 配合，中部需保留一定厚度的圓柱面，直徑為Φ18 mm，用于三坐標(biāo)測(cè)量時(shí)建立坐標(biāo)系。圖2 是前保測(cè)量基準(zhǔn)示例圖。

圖2 前保測(cè)量基準(zhǔn)示例

2.3 保險(xiǎn)杠在檢具上定位

2.3.1 RPS 定位

在三維空間里，任一剛體都具有六個(gè)自由度，即沿著X/Y/Z 軸的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。要確定其在此坐標(biāo)系下的唯一位置就必須約束所有自由度。針對(duì)汽車零件來說，也需要通過限制自由度來實(shí)現(xiàn)零件在檢具上穩(wěn)定擺放，以此保證測(cè)量精度和重復(fù)性。

保險(xiǎn)杠圖紙上會(huì)標(biāo)注零件RPS 定位信息：6 個(gè)方向主定位，即3 個(gè)Fx（2 個(gè)在保險(xiǎn)杠羊角上端，1 個(gè)設(shè)置下卡腳處），2 個(gè)Fz（分別位于與前大燈匹配的下端卡腳處），1 個(gè)Ty（logo 中線處）。由于保險(xiǎn)杠是大型注塑件，不是絕對(duì)剛體，圖紙中設(shè)置20 多個(gè)輔控RPS來幫助零件定位。圖3 是前保RPS 分布。在檢具上，保險(xiǎn)杠定位會(huì)依據(jù)圖紙RPS 設(shè)置，以此來評(píng)價(jià)零件按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)制造后零件的尺寸偏差。

圖3 前保RPS 分布

2.3.2 實(shí)車定位

保險(xiǎn)杠總成雖有一定強(qiáng)度，但其在外力作用下可產(chǎn)生變形。這類零件的自由狀態(tài)與裝車狀態(tài)差異較大，采用實(shí)車裝配方式定位更能直觀、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)零件匹配效果。前保險(xiǎn)杠實(shí)車定位方式如下：上部搭接在KU 支架上，左右依靠翼子板導(dǎo)向件固定，上格柵插入大燈中，背部導(dǎo)流卡板插入前保橫梁。在檢具上需按實(shí)車裝配要求去實(shí)現(xiàn)定位，如：KU 定位、導(dǎo)向件定位、大燈定位、橫梁定位。如圖4 為實(shí)車裝配示意圖及檢具上模擬KU 支架設(shè)置Z 向定位面。

圖4 實(shí)車裝配及KU 定位

2.4 模擬塊設(shè)計(jì)

由于保險(xiǎn)杠外形輪廓不規(guī)則且呈自由曲面，所以其外形輪廓檢測(cè)主要依據(jù)檢具型面并配合其他檢測(cè)手段。在此項(xiàng)目中，通過檢具上制作與零件匹配的仿形模擬塊，實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)杠自由曲面檢測(cè)，評(píng)價(jià)匹配效果。保險(xiǎn)杠對(duì)手件眾多，匹配關(guān)系復(fù)雜。前保險(xiǎn)杠對(duì)手件有：大燈、前蓋、翼子板、前輪罩，后保險(xiǎn)杠對(duì)手件有：尾燈、后蓋、側(cè)圍、后輪罩。模擬塊按對(duì)手件實(shí)物零件輪廓1∶1 制作，且平整度與縫隙匹配與理論數(shù)據(jù)一致?？紤]到零件在檢具上安裝的可操作性，模擬塊可設(shè)置成翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。圖5 為翻轉(zhuǎn)式前蓋模擬塊，從減重的角度出發(fā)，模擬塊只設(shè)計(jì)有匹配需求的區(qū)域。

圖5 翻轉(zhuǎn)式前蓋局部模擬塊

2.5 零件安裝設(shè)計(jì)

為了更貼合實(shí)際裝車情況，檢具上還設(shè)計(jì)了實(shí)物零件安裝功能，即：部分模擬塊拆除后，可實(shí)現(xiàn)實(shí)物零件與模塊零件互換。這一功能不僅能模擬保險(xiǎn)杠在理論定位下的安裝，還能模擬保險(xiǎn)杠在部分實(shí)物零件定位下的安裝狀態(tài)。綜合考慮實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，在前保上安裝真件的零件有：前端防撞梁、泡沫件、翼子板導(dǎo)向件。圖6 為檢具上安裝前端防撞梁和泡沫件。

圖6 安裝前端防撞梁和泡沫件

3 檢具檢測(cè)功能及應(yīng)用

檢測(cè)裝置是檢具的重要組成部分，其精度、測(cè)點(diǎn)位置都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果可靠性。根據(jù)設(shè)計(jì)理念，檢具實(shí)現(xiàn)了百分表檢測(cè)及測(cè)量支架功能，見圖7。

圖7 前保檢具百分表及測(cè)量支架功能

3.1 百分表檢測(cè)功能

按圖紙要求，零件相匹配的區(qū)域都應(yīng)設(shè)置平整度和間隙評(píng)價(jià)。我們根據(jù)測(cè)量方案在對(duì)手件模擬塊上均勻布置百分表，用于平整度和間隙檢測(cè)。設(shè)置打表機(jī)構(gòu)時(shí)，平整度檢測(cè)所用表具頭部為球形，縫隙檢測(cè)所用表具頭部為一字形，在部分不方便設(shè)置間隙打表的區(qū)域采用塞尺測(cè)量間隙，圖7 中前?？拷髠?cè)羊角處打表平整度+0.13 mm，圖紙公差+/-0.5 mm，符合圖紙要求。

3.2 測(cè)量支架功能

檢具測(cè)量支架功能要求在檢具上安裝零件后，檢具型面檢測(cè)塊、檢測(cè)銷等結(jié)構(gòu)，不影響測(cè)量機(jī)探針在匹配面和對(duì)應(yīng)切邊上移動(dòng)采點(diǎn)。圖7 中右下角為前保在faro 探測(cè)采點(diǎn)后輸出的測(cè)量報(bào)告。同時(shí)，檢具上基準(zhǔn)孔可吸附光學(xué)測(cè)量球，能通過光學(xué)設(shè)備拍攝點(diǎn)云后輸出光學(xué)報(bào)告。

4 結(jié)語

此項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到落地，完整地實(shí)現(xiàn)了保險(xiǎn)杠在生產(chǎn)過程中的裝配檢測(cè)要求。在實(shí)施過程中有幾點(diǎn)需注意：（1）設(shè)計(jì)應(yīng)以使用者為中心，多思考零件如何在檢具上拆裝、測(cè)量。（2）設(shè)置活動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，做好運(yùn)動(dòng)軌跡模擬，避免干涉。（3）為提高檢具穩(wěn)定性，檢具底板和重載支撐部分厚度需設(shè)置加強(qiáng)筋。伴隨著新勢(shì)力汽車的崛起，新車型開發(fā)周期大幅縮短。傳統(tǒng)的專用檢具正不斷在向柔性化發(fā)展[4]。高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用依然是檢具開發(fā)不懈追求的目標(biāo)。未來，檢具的發(fā)展趨勢(shì)會(huì)緊密貼合汽車智能化發(fā)展，更多數(shù)字化、智能化檢測(cè)手段會(huì)應(yīng)用到檢具開發(fā)過程中。