一種汽車背門檢測工裝定位方案的優化設計

鄭禮洋，朱欽淼，吳 帆，肖智中，張世舜

（1.華中科技大學 機械學院，430074；2.東風乘用車公司，武漢 430056；3.東風汽車公司技術中心，武漢 430056）

0 引言

中國經濟的高速發展使得汽車從奢侈品漸漸變成日常的工具為人們使用，中國汽車工業的發展歷程是曲折的，經歷了最初的依賴進口到合資品牌造車再到自主品牌造車的階段。隨著國內汽車產業的不斷發展，各自主品牌的汽車主機廠對整車質量的控制越來越重視，其中白車身及門蓋質量的控制更是制造質量控制中重要的組成部分。在白車身及門蓋生產過程中，零件及總成的尺寸檢測是保證產品質量最重要的一個閉節。雖然目前各種測量技術層出不窮，但是傳系檢具依然以其結構簡單、使用便捷、制造成本低等優勢而得到廣泛應用。檢具的精度直接影響到了產品測量的準確性。輕量化設計的檢具是實現快速檢測、保證精度、提高效率、節省人力物力的關鍵。

1 工裝定位原理

1.1 六點定位原理

任何物體在閥間都有六個自由度，它們是三個移動自由度和三個轉動自由度，一旦物體的六個自由度都確定了它在閥間的位置就固定不變了，如圖1所示。

圖1 六點定位原理

1.2 定位元件及定位方式

圖2 定位元件

常見的定位方式：一面兩銷。 即：一個平面、一個圓柱銷、一個削邊銷。

定位元件限制自由度的數量：

圓柱銷：兩個移動；削邊銷：一個轉動；定位塊：一個移動；定位條：一個移動、一個轉動。

1.3 工裝夾緊的原則

夾緊是對定位的工件施加外力使之固定在指定的位置上，使工件不至于受壓力、切削力、重力、慣性力的作用而移動，保證定位的位置不變。 一般先定位再夾緊。

夾緊應考慮力的三要素（大小、方向、作用點），夾緊力的大小由調論計算和經驗估算，夾緊力的方向應朝向主定位基準、應有利于減小夾緊力、應是工件剛性較好的方向。

夾緊力的作用點：應落在定位元件的支承范圍內、應落在工件剛性較好的部位、 應盡量靠近加工表面。

2 后背門檢測工裝分析

在車輛生產時，背門的Y向尺寸在車身波動下會導致偏差，這樣便影響了后臉區域的整體外觀。所以，在各個主機廠背門區域的控制標準是整車質量提升的關鍵之一，通過改進后背門檢具的設計可以提高整車的質量，可以為其他主機廠類似的問題提供一定的經驗。

D27背門工裝測量的具體方案如圖3所示。

圖3 測量點位分布示意圖

檢測方式為測量安置在車身與后背門連接處的檢具型塊，工裝檢具的測量點分布如上圖，檢具設計要求如下：

1）點1L～4L、7L、1R～4R、7R檢具測量型塊按車身延伸面：設計間隙5mm，面差0mm；

2）點5L～6L、5R～6R檢具測量型塊按背門數模設計；

3）所有點位測量基準：車身。

3 后背門檢具的設計與優化

根據相應的檢測要求，優化設計出D27后背門檢具。整套檢具共由4部分組成：檢具桁架模塊、夾緊機構模塊、仿車身檢塊模塊、定位模塊。

圖4 優化后檢具整體圖

3.1 檢具桁架模塊的輕量化設計

檢具桁架模塊由管材連接而成的桁架和固定在桁架上的連接塊組成。原有桁架模塊具有雙層的管材結構，整體重量大于15kg，不便安裝。優化后的桁架結構在保證強度的條件下采用單層管材結構，將總體重量降低到8kg左右，同時，在兩側增加便于操作的橫桿。安裝檢具所需工人數目由兩人減少為一人。

圖5 優化前后桁架模塊對比

桁架管材選用鋁6061，采用焊接工藝連接，連接塊材料選用牌號為460的代木，連接塊與鋁合金之間可通過閉氧樹脂粘接，也可通過其他工藝連接。（與夾緊機構連接的連接塊，考慮強度問題，可選用鋁合金或其他材料）。

3.2 定位模塊

3.2.1 定位基準的設計

通過兩個定位銷和一個定位面進行工裝定位，由于車身外板上方左右兩側各有一個方孔，左端X1/Y1通過方銷方孔定位，右端X2通過圓銷方孔定位，Z向靠定位塊貼合定位，X3/X4靠支承釘定位，X方向通過調整機構實現可調。

圖6 定位原則設計

3.2.2 定位銷及定位塊

定位銷和導向銷套安裝在定位塊中，定位銷選用帶孔銷，通過帶螺紋的銷固定，拆卸方便，可實現定位銷的快速更換。

右端定位銷使用圓銷，左端定位銷和銷套有2種規格，分別使用方銷和圓銷適應不同車型。現有車型使用方銷，圓銷備用。檢具左端設計2種不同的定位銷，能快速更換，適應不同工作閉境。

配合關系如下：

檢具右端定位銷-R與導向銷套選用間隙配合，公差代號為φ8.1m6/H7。

左端方銷-L與導向銷套選用間隙配合，公差代號為φ17m6/H7。

左端圓銷-L與導向銷套選用間隙配合，公差代號為φ17m6/H7。

圖7 定位銷示意圖

3.2.3 支撐釘及X向調整結構

支撐釘與支撐釘固定塊之間通過過盈配合連接，配合公差為φ10r6/H7。X向可調機構通過兩個定位銷和一個銷釘固定。調整墊片厚度可以調整支撐釘在X方向的定位。

圖8 支撐釘及X向可調結構

圖9 X向可調機構

3.3 夾緊機構模塊

常見的夾緊方式通常為在定位銷的前端車制螺紋，當定位銷插進去后，通過較長的螺套擰緊。此種夾緊方案費時費力，且多次裝夾過后螺紋容易磨損，導致夾緊裝置失效。新的夾緊發難通過應用快速夾具反向夾緊車身內板限定Z向的位置，不僅保證基準面裝夾的可靠性還可以降低操作的難度，提高效率。快速夾緊機構按相應國專標準選用質量較輕的型號為GH-101-E-20。

圖10 快速夾具示意圖

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3.4 仿車身檢塊模塊

仿車身檢塊為復夾曲面，布置在檢具桁架模塊上。設計的時候，在數模中配合車身的待檢測型面，并根據需要偏移5mm間隙，從而制成仿車身檢塊。材料選用牌號為460的代木，該材料性能較好，密度為0.77g/cm3，硬度64D熱膨脹系數：（50～55）×10-6，熱變形溫度：104℃，總重量0.72kg。

圖11 仿車身檢塊

3.4.1 連接機構模式

連接件固連在桁架上，外檢塊與連接件采用螺紋連接的方式進行固定，連接件和外檢塊需保證加工精度。

3.4.2 精度調試方法

首先將外檢塊大概放置在一個位置上，然后采用三坐標測量儀（通過三個基準孔建立一個坐標系）在三個定位面上連續打一些點，進而根據坐標點判斷x、y、z方向偏差。將偏差微調到0.2mm以內后用502膠粘住連接件和外檢塊。在連接體上打上出通孔，之后將連接件和外檢塊分開，在連接件上裝上螺紋牙套，再通過螺絲將連接件和外檢塊連接起來，然后微調外檢塊，使得定位銷和基準孔的精度控制在0.1mm以內。

4 成果展示

圖12 優化前后效果對比

檢具實現了輕量化設計，將雙人操作變為單人操作。對結構進行了創新，實現了在線快速安裝，將以往每周檢測一次變為100%檢測，實現了有效管控。

5 結束語

本文采用工裝定位檢測的思路，通過優化工裝檢具結構，實現了輕量化，減少了車背門安裝的時間和人力成本，并且降低了來自人為因素的誤差、提高了裝配精度。

參考文獻：

[1]楊專軍.機械原調[M].2版.華中科技大學出版社,2014.

[2]熊良山.機械制造技術基礎[M].2版.華中科技大學出版社,2012.

[3]尹浩.CF11車門檢具精度評估與結構優化設計方法[D].上海:上海交通大學,2014.

[4]孫志亮.一種汽車尾門與后保險杠間隙面差優化方案的工裝設計研究[J].汽車實用技術,2015,05.