汽車檢具設計與製造-汽車檢具設計2
來自專欄汽車檢具設計與製造(Checking fixture)
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汽車檢具的設計要求
一個優良的汽車檢具必須滿足下列基本要求：
1） 保證對汽車零部件質量的有效判定 保證汽車零部件質量是否合格的關鍵，首先在於正確按照產品圖紙選擇定位基準，定位方法和定位元件，必要時還要根據積累的經驗進行定位合理與否的分析，使其具有恆定，準確的定位基準以保證最大的重複性和在線性，還要注意檢具中其他機構對檢測功能的影響，注意檢具應有足夠的剛度，多次重複使用的檢具還應注意相關元件的強度和耐磨性，保障檢具使用壽命。
2）檢具應達到生產率的要求 專用檢具的複雜程度應與生產綱領相適應，應盡量採用各種快速高效的裝 機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產率
3）工藝性能好 專用檢具的結構力求簡單，合理便於製造，裝配，調整，檢測和維修等。專用檢具的製造屬於單件生產，當最終精度由調整或修配保證時，檢具上應設置便於調整和修配的結構
4）使用性能好 專用檢具的操作應簡便（包含產品的取放和檢測，夾緊器的操作和搬用），省力，安全可靠。在客觀條件下允許且又經濟適用的前提下，應儘可能採用氣動，液壓等機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。
5) 要適當提高檢具元件的通用化和標準化程度，選用標準化元件，特別應選用商品化的標準元件，以縮短檢具製造周期，降低檢具成本。
標準件的選用原則：
檢具在結構設計的過程中，為節省造型時間，以及縮短後期的製造周期，需要合理的選取標準件進行設計，標準件使用既要滿足檢具的功能要求，還要更加簡單輕巧,同時還要符合以下要求
1.在檢具設計中儘可能採用主機廠推廣的標準件，一般像大眾，通用主機廠有規定的標準件，這是驗收的標準條件之一。
2.檢具設計過程中儘可能多的沿用模塊件，但更提倡提出新的結構設計與思路 如銷規鑲套，L形翻板支柱，翻版機構，滑塊機構，彈性檢測等
3. 內外飾採用標準的鑄鋁底板：車身件按照客戶要求或零件要求採用鋼焊接底板（需要進行兩次回火）
4. 如果客戶沒有指定標準件，可按大眾化的標準執行，適當簡化零件結構，提高加工效率
檢具設計時，除了要考慮四條基本要求外，還必須考慮能滿足產品和工藝質量的分析功能。譬如：產品貼合面，密封面，配合區域，對齊面，孔/槽等檢具功能要滿足產品品質的要求。
檢具製作原則方向：原則上按零件的特性製作，盡量使用凸檢，見圖，製作時考慮的要點：
零件檢測時易於確認精度方向 ；考慮成品內外飾後的變形，易於取件，不發生干涉方向；盡量採用裝車位置，可結合更能適應被測零件，量具使用等相對裝車位置偏離，必須以90為增量作為相位差偏離；各配合零件的檢具製作方向盡量一致，以便於問題分析
檢具設計概念的確認
一般重要零件的檢具方案需要得到主機廠的認可，開始設計前，應召開一個設計概念的預備會議，應參加的主要人員：供應商檢具工程師，檢具設計及製造方代表。
設計概念應包括詳細的檢具草圖和書面描述，以便能依此進行檢具設計，設計概念不必詳細的如一個完成的設計，但應包括下列信息。
1）被測零件與檢具基座的位置關係，最好使用裝車裝置，然而，其他位置可能更適應被測零件檢具的使用（即第一使用位置） 如果相對裝車位置有偏高，應以90度為增量進行偏轉。
2）定位基準方案應與幾何及公差圖紙一致，可以使用附帶基準墊塊
3）支撐被測零件的檢具和裝置
4）用於檢測下列特徵的檢具零件和裝置
5）關鍵產品特性（KPC）產品質量特性（PQC）過程監控點（PMP）
6）所用材料應依據檢具的使用和環境，以確保在零件現行生產有效期內的功能性，重複性和在線性，如適用，相配或鄰近零件的輪廓外形或線條特性
7）設計概念應考慮操作者的人機工程學，被測零件的裝和拆的容易度，三座標檢查和SPC的數據採集可行性，當檢具用於全球性的整車項目時，應考慮操作者的習慣（使用地區語言）
8）基準的選擇：
盡量選取零件重心的方向作為主基準平面，便於零件穩定的放置
利用3點或更多的點作為主基準平面，在基準的總數儘可能少的前提下，保證零件的穩定
所有主基準必須具備相同的特性
選擇第二及第三基準平面的順序
選擇4方位銷作為孔定位，選擇2方位銷作為槽孔定位，槽孔的方向必須與第二基準平面平行
選擇2個2方位銷作為槽孔定位，且2個平行的槽孔必須與第二基準平面平行，另外1個點必須在第三基準平面
選擇4方位銷作為孔定位，另有1點在型面或周邊上
選擇2個點在第二基準平面，另有1個點在第三基準平面
六點定位原理
在進行檢測作業時，首先應使工件在檢具中得到確定的位置。並在測量，檢測過程中一直將其保持在原來的位置上，把工件按圖樣要求得到確定的位置過程稱之為定位。把工件在檢測過程中一直保持在確定的位置上的過程稱為夾緊。
為了使工件在檢具中得到要求的確定位置，應先研究下物體在空間的位置是怎樣被確定下來的，一個尚未定位的工件，其位置是不確定的，這種位置的不確定性，稱為自由度。
如圖示， 將未定位的工件放在空間直角坐標系中，用X,Y,Z三個互相垂直的坐標軸來描述工件位置的不確定性，長方體可以沿想X,Y,Z軸移動有不同的位置，也可以繞X.Y.Z軸自由轉動，共有六個自由度。
工件要正確定位首先要限制工件的自由度，這六個自由度被消除了，則物體在空間的位置就完全被確定了，所以自由度也是決定物體空間位置的獨立參數。
如圖所示，如果在XOY面上放一塊平板B來支撐物體A，這時物體A在這個平面上只能沿OX軸和OY軸移動和繞 OZ軸旋轉，而不能沿OZ軸移動和繞OX軸和Oy軸旋轉，否則物體A將脫離平板B。這說明支撐板B消除了物體A的三個自由度，如果再在物體A的xoz平面上放置兩塊擋鐵1和2，物體A就不能沿OY軸移動和繞OZ軸旋轉了，從而又消除了兩個自由度。
最後，只要在物體A的ZOY平面上在設置一塊擋鐵3，消除物體沿OX軸移動的自由度，則物體A的空間位置就被確定下來了。
從幾何學中知道，3點可以決定一個平面，可以用三個定位支撐點4,5，6代替圖中的支撐平板B,同時也把擋鐵1,2,3當做定位支撐點，從而一個定位支撐點平均消除了一個自由度，因此物體的空間位置，就需要安照圖紙布置的六個支撐點消除物體活動的六個自由度，這種用適當分布的六個支撐點限制工件六個自由度的原則稱為 六點定位原則
由圖可知，三個支撐點在XOY平面上，兩個支撐點在XOZ平面上，一個支撐點在ZOY平面
上，有三個支撐點的平面叫安裝基面，支撐點的分布必須適當，否則六個支撐點限制不了工件的六個自由度，在這個面上三個支撐點不能再一條直線上，被支撐攻工件的重心必須落在這三個支撐點作為頂點所構成的三角形內，這三個定位支撐點之間的距離越遠，則安裝基面越大，工件安裝的穩定性和相關位置精度就越高，因此，應選擇工件輪廓尺寸最大的面與安裝基面接觸。
有兩個定位支撐點的平面叫導向基面，這個兩個支撐點的連線應平行於安裝基面，而且兩點間的距離越遠越有利於提高安裝精度。因此應選工件尺寸最長的表面於導向基面接觸，有一個定位支撐點的平面叫定程基面，顯然，安裝一個定位支撐點就不需要很大的面積與長度，因此通常是選擇工件較小的表面於定程基面接觸。
二工件在檢具中的定位方法
前面已敘述，在檢測作業中，工件按圖樣要求，在檢具中得到確定的位置的過程叫定位，工件在檢具中要得到確定的位置，必須遵循物體定位的 六點定位原則 。
產品定位中的約束分析
檢具設計初期，首先要對產品圖紙定位系統進行分析，定位系統穩定性的高低，不僅影響產品的生產製造及裝車配合，後期檢具使用過程中，還可能影響零件測量結果不穩定
運用六點定位原理可以分析和判別檢具中定位結構是否正確，布局是否合理，約束條件是否滿足。
根據工件自由度被約束的情況，工件定位可分為以下幾種類型
1） 完全定位 完全定位是指工件的六個自由度不重複地被全部約束的定位，當工件在X,Y，Z三個坐標方向均有尺寸要求或位置精度要求。
2） 不完全定位 工件被限制的自由度數目少於六個
3） 欠定位
4） 過定位 定位元件重複限制產品同一個自由度的方向的定位狀態稱為過定位。這種定位狀態是否允許使用，主要從它產生的後果來判斷。當過定位導致產品變形或產品與定位元件干涉，明顯影響產品的放置狀態，不能採用過定位。
消除或減少過定位引起的干涉，一般有兩種方法；一是改變定位元件的結構，如縮小定
檢具中典型的3-2-1定位原則
汽車工業是各個工業發達國家的支柱產業之一，汽車覆蓋件作為汽車結構的重要零件部之一，檢具設計的好壞決定汽車車身質量的主要原因，據美國汽車工業統計數據，72%的車身誤差源於焊裝夾具的定位誤差。
汽車車身主要由眾多衝壓部件裝配而成，薄壁零件在白車身的裝配中，佔到了70%以上，由於薄壁板件的剛性較差，容易變形，在檢測過程中通常採用多點定位夾緊，以保證各個部分在焊接位置上的貼合。由於薄壁柔性較大，在加工載荷容易變形。較好的定位系統對零件的穩定性有很大的影響。
對於定位面1-3的定位，需盡量保證定位塊與支持處平面垂直，當無法保證定位塊與鈑金件平面垂直時，允許鈑金件定位塊呈一較小的角度。理論上3個定位面即可將一個面定位，鈑金件使用3個定位面時，可能導致鈑金件無法放置平穩，所以有時會增加輔助定位面，確保鈑金件平穩放置，當定位面350MM範圍內沒有夾緊裝置時，產品放置時會出現晃動，所以有必要增加夾緊裝置以放置產品去防止產品晃動，或是與理論定位面之間有間隙，導致檢測時，測量結果不準確。綜上兩點，實際生產中，大的鈑金件，複雜的塑料件，定位面不止3個，而是4個或是更多，這種情況屬於過定位，但是這是允許的。
3-2-1 定位原則是在空間上限制一個產品六個自由度最基本的條件，汽車檢具上根據零件的特性允許超出3-2-1原則的過定位，以保證零件定位的可靠性。
典型的3-2-1原則的定位方式如下圖
3-2-1 定位的原則的含義為有3個定位面，2個定位孔，定位孔中心連成1條線，這種定位原則使用較為普遍。
3-2-1 定位原則：3-2-1 定位原則是空間上限制一個產品六個自由度最基本的條件，在檢具上根據零件的特性允許超出3-2-1原則的過定位，以保證另案的定位可靠性，三個定位面是控制產品最大投影面方向，兩個圓心的連線控制產品上下方向跟旋轉，四方位定位銷（孔）控制產品的左右方向，依次即為3-2-1.基準A首先約束三個自由度，再加一個基準B對其約束2個自由度，再來一個基準C約束一個自由度。
產品在檢具中的定位
在裝配的過程中把待裝零，部件的相互位置確定下來的過程稱為定位，通常的做法是先根據產品的圖紙分析和確定定位基準，然後再根據相應的生產要求考慮它的定位方法。
劃線定位是定位的原始方法，費時費力，且精度低，只在單件生產，精度要求不高的情況下採用，在檢具裝配時，常用定位元件進行定位，即快速又準確，定位元件是檢具上用以限定產品位置的器件，如定位塊，定位銷，仿形面等。它們必須事先按定位原理，產品的定位基準和工藝要求在檢具上精確布置好，然後每個被裝零件按一定順序依次安放在定位元件規定的位置上（彼此發生接觸）即完成定位。
1） 定位基準的選擇 確定位置和尺寸的依據叫基準，基準可以時點，線，面。按用途可以分為設計基準和工藝基準，工藝基準又分為定位基準，裝配基準和測量基準等，而定位基準按定位原理分為主要定位基準，副要定位基準，輔助定位基準等基準。在檢具上定位時，產品的定位基準必須與檢具上的定位元件相接觸或重合，正確選擇產品的定位基準可以獲得準確，穩定和可靠的定位，而且還影響到整個裝配，測量及檢具設計的結構方案的確定
基準的重要性
一個零件三坐標測量出來的尺寸報告結果是OK的，但是放入檢具檢測的結果是NG的，或者說檢具檢測的零件狀態是OK的，但是零件三坐標測量的結果是NG的，這種情況下，無法判定零件是否合格，對於這種問題的出現，我們會從以下幾個步驟來梳理；
首先，需要檢查零件測量時，三座標的選擇的測量基準和檢具選擇的定位基準是否完全一致，大多數情況下，分析到這一點，問題基本就可以解決了
其次，如果基準一致，則要查看檢具的檢測尺寸是否符合圖紙要求
再次，如果以上都是符合要求的，那麼就需要重新再測量一次零件，考察零件測量的重複性，如果，結果和第一無明顯差異，則說明檢具存在問題，有可能檢具已經失效，精度發生了變化。
定位元件的選擇與設計 選用和設計定位元件時，要考慮與產品定位基準的狀況相適應，產品的形狀是多樣的，但它們的基本結構都是由平面，圓柱面，圓錐面及各種成形面所組成，這些面都有可能被選為定位基準，因此，可按不同形狀的定位基準去選擇或設計相應的定位元件。
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