車身小型沖壓件的一般方法和步驟檢具設(shè)計(jì)

2004年收稿：2003年6月小車身沖壓通用方法和步驟檢具設(shè)計(jì) 褚君陳杰 上海交通大學(xué) 摘要：從汽車結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合實(shí)例說明小車身沖壓檢具設(shè)計(jì)通用方法和步驟具體設(shè)計(jì)建模的步驟和新思路，并提出了小檢具設(shè)計(jì)中常見問題的解決方案。關(guān)鍵詞：檢具設(shè)計(jì)，車身小2號(hào)沖壓件測(cè)試治具設(shè)計(jì)楚君陳杰摘要：基于實(shí)例和結(jié)構(gòu)，車身2號(hào)小號(hào)沖壓件測(cè)試治具設(shè)計(jì)的常用方法和流程介紹了測(cè)試治具本體的新設(shè)計(jì)和建模方法，提出并解決了測(cè)試治具設(shè)計(jì)中的一些常見問題。關(guān)鍵詞：測(cè)試治具設(shè)計(jì)，小型2尺寸沖壓件 1 介紹 組裝件（沖壓件焊接而成）、車身骨架、各種內(nèi)飾件等統(tǒng)稱為車身覆蓋件。覆蓋件的制造質(zhì)量對(duì)整車質(zhì)量至關(guān)重要，尤其是轎車和各種乘用車的焊接生產(chǎn)和整車外觀影響很大，因此其質(zhì)量檢測(cè)已成為汽車制造商必不可少的工作.

對(duì)于我國(guó)重要的小型沖壓件，一般采用專用檢具（簡(jiǎn)稱檢具）作為主要檢驗(yàn)手段，控制工序間的產(chǎn)品質(zhì)量。美國(guó)、德國(guó)、日本等汽車工業(yè)高度發(fā)達(dá)的國(guó)家都開始采用在線檢測(cè)設(shè)備來高效、快速地響應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量問題。我國(guó)上海大眾汽車制造有限公司于2001年引進(jìn)了兩套在線檢測(cè)設(shè)備，但由于技術(shù)和管理方面的原因，并沒有得到有效使用，而且由于在線檢測(cè)設(shè)備成本高、技術(shù)要求高，在我國(guó)很難普及。適用于小型車身沖壓件的檢測(cè)。最近幾年，隨著汽車和客車行業(yè)的快速發(fā)展，車身面板檢測(cè)工具在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。制造操作方便、檢測(cè)精度高的專用檢測(cè)工具，已成為眾多汽車廠商亟待解決的問題。2 小車身沖壓件檢具的組成及特點(diǎn) 小型車身沖壓件檢具主要由底板總成、檢具、斷面模型、主副定位銷及夾鉗組成裝置（見圖1)。主要檢查元素是工件形狀（包括工件輪廓和曲面形狀等）的位置，具有孔、法蘭等特征。當(dāng)<

圖1 檢具主要結(jié)構(gòu)示意圖 車身沖壓件大多具有空間曲面，局部特征多，非軸對(duì)稱，剛性差等，定位、支撐、裝夾難度較大。目前，大部分車身沖壓件的檢測(cè)都是由數(shù)控機(jī)床根據(jù)數(shù)字模型和預(yù)定的加工程序一次性自動(dòng)完成的。所有需要加工的曲面和孔洞，一次自動(dòng)完成。, 然后根據(jù)檢查細(xì)節(jié)確定底板組件的位置和尺寸，并在需要檢查的關(guān)鍵部分設(shè)置橫截面模型。3 檢具設(shè)計(jì)的一般步驟 3 1 1 工件及檢驗(yàn)具體設(shè)計(jì)建模首先要參考零件圖、初稿檢具設(shè)計(jì)計(jì)劃分析工件，確定基準(zhǔn)面、檢具不平度、檢驗(yàn)截面、定位面等上，簡(jiǎn)單的畫出它的二維示意圖。在檢具設(shè)計(jì)中，檢具的具體設(shè)計(jì)建模是關(guān)鍵，它直接影響檢具能否準(zhǔn)確檢測(cè)工件的質(zhì)量。由于車身面板以自由曲面為主的特性，“從實(shí)物逆向搜索”是目前通用的建模方法。逆向搜索是利用激光掃描儀根據(jù)現(xiàn)有工件或物理原型采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，三維重建等，構(gòu)建具有特定形狀和結(jié)構(gòu)的原始55年第38卷第2?1994-2009中國(guó)學(xué)術(shù)期刊電子出版社。版權(quán)所有。5 模型法。

我們使用激光掃描儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工件表面進(jìn)行掃描，根據(jù)點(diǎn)云采集工件表面特征信息，將點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為車身坐標(biāo)檢具設(shè)計(jì)，利用surfacer軟件對(duì)點(diǎn)信息進(jìn)行處理得到工件表面的特性曲線。, 生成最終的自由曲面模型；同時(shí)，可以通過點(diǎn)云到表面的最大和最小距離檢測(cè)生成的原型模型。需要注意的是，此時(shí)得到的模型是沒有厚度的片狀模型。需要根據(jù)掃描儀掃描的表面來區(qū)分型號(hào)是工件的內(nèi)表面還是外表面，這對(duì)于檢查具體設(shè)計(jì)尤為重要。為了實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工具對(duì)工件自由曲面的檢測(cè)，檢測(cè)面與工件內(nèi)表面的間隙一般保持在2～3mm左右的恒定間隙。檢測(cè)時(shí)，可以用專用量具，通過量規(guī)表面的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來測(cè)量工件表面的偏差。檢測(cè)工件外輪廓的方法主要有兩種。設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測(cè)工具時(shí)： ①檢測(cè)面沿工件外輪廓切線方向向外延伸約20mm；②沿工件外輪廓法線方向向下延伸約20mm。一般的CAD軟件（如UG），

由于車身覆蓋件的復(fù)雜性，在生成檢測(cè)面時(shí)通常需要將上述兩種方法結(jié)合起來。但是，對(duì)于一些特殊的配置文件，這仍然很難實(shí)現(xiàn)。圖2為復(fù)雜形狀的加工示意圖。圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)支架的工件表面有明顯的自相交和兩處干涉。對(duì)于特定的表面，最后在被檢測(cè)表面沿工件輪廓?jiǎng)澗€，間隔3mm，以方便工件輪廓的檢測(cè)。當(dāng)然，在檢測(cè)工具（尤其是檢測(cè)設(shè)備）的設(shè)計(jì)中會(huì)遇到很多類似的問題，并且需要對(duì)檢具原理的深入理解和體會(huì)。圖2 復(fù)雜型材加工 3 1 2 截面模型設(shè)計(jì)建模 當(dāng)超過300mm時(shí)，為保證垂直方向的檢測(cè)精度，通常設(shè)計(jì)為插入式。檢測(cè)面檢測(cè)工件的內(nèi)表面，截面模型用于檢測(cè)臨界截面的外表面。一般工作面距工件外表面2～3mm。建模方法和檢查工具表面相似。斷面模型的板體材料一般為鋼或鋁，工作面部分可由鋁或樹脂制成。圖2 復(fù)雜型材加工 3 1 2 截面模型設(shè)計(jì)建模 當(dāng)超過300mm時(shí)，為保證垂直方向的檢測(cè)精度，通常設(shè)計(jì)為插入式。檢測(cè)面檢測(cè)工件的內(nèi)表面，截面模型用于檢測(cè)臨界截面的外表面。一般工作面距工件外表面2～3mm。建模方法和檢查工具表面相似。斷面模型的板體材料一般為鋼或鋁，工作面部分可由鋁或樹脂制成。圖2 復(fù)雜型材加工 3 1 2 截面模型設(shè)計(jì)建模 當(dāng)超過300mm時(shí)，為保證垂直方向的檢測(cè)精度，通常設(shè)計(jì)為插入式。檢測(cè)面檢測(cè)工件的內(nèi)表面，截面模型用于檢測(cè)臨界截面的外表面。一般工作面距工件外表面2～3mm。建模方法和檢查工具 表面相似。斷面模型的板體材料一般為鋼或鋁，工作面部分可由鋁或樹脂制成。檢測(cè)面檢測(cè)工件的內(nèi)表面，截面模型用于檢測(cè)臨界截面的外表面。一般工作面距工件外表面2～3mm。建模方法和檢查工具表面相似。斷面模型的板體材料一般為鋼或鋁，工作面部分可由鋁或樹脂制成。檢測(cè)面檢測(cè)工件的內(nèi)表面，截面模型用于檢測(cè)臨界截面的外表面。一般工作面距工件外表面2～3mm。建模方法和檢查工具表面相似。斷面模型的板體材料一般為鋼或鋁，工作面部分可由鋁或樹脂制成。

復(fù)雜形狀的橫截面模板在旋轉(zhuǎn)或插入時(shí)會(huì)發(fā)生干涉。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以分段加工，如圖3所示。如果設(shè)置為插入式截面模板，會(huì)干擾工件的定位銷；如果設(shè)置為單回轉(zhuǎn)式，由于工件本身的多次折疊，會(huì)干擾檢測(cè)體或工件，故設(shè)計(jì)為兩個(gè)獨(dú)立的回轉(zhuǎn)段。該模型能夠滿足綜合測(cè)試的要求。圖3 截面模型的截面加工 3 1 3 工件的定位和裝夾 工件正確、合理的定位是準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)。車身蓋在檢具上的定位方法主要通過定位孔與卡盤的夾持定位或與永磁體的夾持配合來完成。隨著檢具在車身制造中的廣泛應(yīng)用，無論是杠桿式活動(dòng)卡盤還是永磁體，都有一系列產(chǎn)品可供選擇?；顒?dòng)卡盤還配有不同類型和尺寸的支架或支架。大多數(shù)車身面板都有主定位孔和輔助定位孔。主要定位銷一般為圓柱銷（圓孔）或菱形銷（腰孔），以限制X、Y方向的自由度；輔助定位銷為錐形銷?；蛘哂昧庑稳麃硐拗芞、X、Y、Z四個(gè)方向的自由度。設(shè)計(jì)檢測(cè)工具時(shí)，在檢測(cè)體上定位孔的位置鉆孔（以插入定位銷襯套為準(zhǔn)），并給出定位孔的體坐標(biāo)。同時(shí)，在工件剛性好、分布合理的位置設(shè)置定位墊片和活動(dòng)卡盤檢具設(shè)計(jì)，保證工件定位牢固。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少夾持點(diǎn)的數(shù)量，以保證活動(dòng)卡盤在工作時(shí)不與其他零件干涉，并考慮到工人的方便，定位上表面中心的身體坐標(biāo)pad終于給了。對(duì)于只有一個(gè)定位孔的工件，由于主定位孔只能限制兩個(gè)自由度，定位墊片也限制了工件的自由度。6 Tool Technology ? 1994-2009 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊電子出版社。版權(quán)所有。2004度 防止工件繞主定位銷旋轉(zhuǎn)的功能（見圖4). 圖4 用卡盤定位工件，限制工件的自由度 3 1 4 使最低點(diǎn)大于150mm的厚度，以保證檢測(cè)體有足夠的強(qiáng)度。同時(shí)，盡量保持被檢體的底面，即底板組件的上表面（基面）在體坐標(biāo)系的整數(shù)位置。底板總成一般由底板、槽鋼（必要時(shí)在中間加工）、定位塊和萬向輪組成，底板由檢測(cè)體固定時(shí)，其他零件可根據(jù)實(shí)際選用標(biāo)準(zhǔn)模型的情況。3 1 5 孔檢測(cè) 圖5 孔檢測(cè)方法 車身沖壓件中很多重要的孔和法蘭需要單獨(dú)檢測(cè)。在檢查工具的設(shè)計(jì)中，通常在檢查體的上表面增加一個(gè)厚度為1mm左右的凸臺(tái)。工件中心與工件孔中心在同一軸線上，直徑比孔直徑大5mm。雙劃線法用于檢測(cè)boss（見圖5).

當(dāng)被測(cè)孔的精度要求比較高時(shí)，定位孔用塞規(guī)和襯套進(jìn)行檢測(cè)。4 結(jié)論 在大型車身覆蓋件中，由于形狀復(fù)雜、體積龐大、生產(chǎn)成本高、檢查對(duì)象清單靈活性差，難以快速獲取大量準(zhǔn)確信息，已逐漸被逐漸推進(jìn)。自動(dòng)化檢測(cè)方式（如在線檢測(cè)系統(tǒng)）已被取代，但對(duì)于批量生產(chǎn)的小型沖壓件的檢測(cè)，目前我國(guó)汽車制造企業(yè)仍主要依靠此類檢測(cè)工具。參考文獻(xiàn) 1 朱正德．汽車面板檢測(cè)工具的原理及應(yīng)用[J]. 工具技術(shù), 2000(1)2任雪燕. 汽車車身板件的表面質(zhì)量控制。汽車技術(shù)與材料, 2001(2)3 楊華, 曹立波. 特征建模在車身面板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用. 客車技術(shù)與研究, 2002(4)4 周寶成.設(shè)計(jì)、制造及綜合檢具的應(yīng)用。作者：褚軍，碩士，上海交通大學(xué)2001級(jí)碩士研究生，200030上海“現(xiàn)代切割與測(cè)量工程（國(guó)際）研討會(huì)”征文。2004年是“創(chuàng)刊40周年” Tool Technology”雜志。近40年來，該雜志贏得了國(guó)內(nèi)切削與測(cè)量領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)高校、科研院所、刀具制造商和用戶行業(yè)的專家、學(xué)者、

并廣泛收集和發(fā)表切割與測(cè)量工程領(lǐng)域的各類科研論文和應(yīng)用技術(shù)手稿。熱烈歡迎切削與測(cè)量領(lǐng)域的高校、科研院所、刀具制造商、用戶行業(yè)單位和個(gè)人積極參與。金秋十月，成都將以美麗的西部現(xiàn)代都市風(fēng)貌迎接行業(yè)同仁的到來。本次會(huì)議也將使您和我們的同事有一個(gè)盛大的聚會(huì)，并帶您圓滿成功。主辦單位：成都刀具研究所、國(guó)家精密刀具工程技術(shù)研究中心、刀具技術(shù)雜志社、支持單位：中國(guó)機(jī)械工業(yè)金屬切削刀具技術(shù)協(xié)會(huì)、

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