1 引言

　　汽車(chē)覆蓋件泛指汽車(chē)沖壓件、由沖壓件焊接而成的組件(分總成) 、車(chē)身骨架、各種內(nèi)飾件等。覆蓋件的制造質(zhì)量對(duì)整車(chē)質(zhì)量影響很大，對(duì)于轎車(chē)和各類客車(chē)尤顯重要。在覆蓋件的制造中，無(wú)論對(duì)于具有復(fù)雜空間幾何形狀的大型沖壓件、內(nèi)飾件、焊接分總成等，還是對(duì)于簡(jiǎn)單的小型沖壓件、內(nèi)飾件等，較多采用專用檢測(cè)夾具(簡(jiǎn)稱檢具) 作為主要檢測(cè)手段，用于控制工序間的產(chǎn)品質(zhì)量。檢具檢測(cè)具有迅速、準(zhǔn)確、直觀、方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合大批量生產(chǎn)的需要。八十年代中期以來(lái)，隨著轎車(chē)和客車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，覆蓋件檢具在國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。

　　2 覆蓋件檢具的構(gòu)成及特點(diǎn)

　　與機(jī)加工零件相比，汽車(chē)覆蓋件的檢測(cè)有以下特點(diǎn)： (1) 工件形狀往往較復(fù)雜、不規(guī)則，定位、支承、裝夾較困難;(2) 工件剛性一般較差，在檢測(cè)過(guò)程中容易因變形引起誤差;(3) 除少數(shù)小沖壓件外，通常將覆蓋件的尺寸基準(zhǔn)置于車(chē)身坐標(biāo)系中來(lái)處理，除了工件的一些特征部位(如孔、凸緣等) 相對(duì)于鄰近坐標(biāo)線的距離尺寸在圖上予以標(biāo)注外，對(duì)于大部分外形輪廓(特別是自由曲面) 并未給出尺寸數(shù)值。目前，至八十年代還普遍采用的以坐標(biāo)網(wǎng)格標(biāo)注尺寸的方式已逐漸被CAD 數(shù)據(jù)所取代。由設(shè)計(jì)部門(mén)提供的沖壓件、焊接件乃至車(chē)身的CAD 數(shù)據(jù)可同時(shí)作為制造模具、焊接夾具和檢具的尺寸依據(jù)。圖1 為一轎車(chē)車(chē)身坐標(biāo)系示意圖。坐標(biāo)原點(diǎn)位于前軸中點(diǎn)，沿X 、Y、Z 軸平行布置的網(wǎng)絡(luò)線以100mm 的間距穿過(guò)車(chē)身，用于確定車(chē)身上的所有位置點(diǎn)，借助這些網(wǎng)絡(luò)線可確定車(chē)身上每個(gè)零件的位置。當(dāng)然，據(jù)此也可以制表方式作出以前曾使用的坐標(biāo)網(wǎng)格標(biāo)注尺寸。

　　覆蓋件檢具是根據(jù)覆蓋件檢測(cè)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)制作的，因此與常見(jiàn)的機(jī)加工檢具差別較大?，F(xiàn)以圖2和圖3 所示的兩種覆蓋件檢具為例，對(duì)其基本構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作一說(shuō)明。

　　檢具主體為承載工件的型面 ，由可加工的環(huán)氧樹(shù)脂制成。檢具骨架一般有兩種型式，一種是鋼管結(jié)構(gòu)(如圖2) ，另一種是鑄鋁結(jié)構(gòu)(如圖3 中的件1) 。圖2 所示結(jié)構(gòu)在型面與骨架之間還有一個(gè)疊合層，由玻璃纖維布和疊層樹(shù)脂組成。檢具骨架固定在鋼制或鋁制底座上，不同檢具的底座結(jié)構(gòu)各不相同，但均設(shè)置有基準(zhǔn)塊，基準(zhǔn)塊的作用是建立該檢具的坐標(biāo)系，其上標(biāo)注的尺寸值是參照車(chē)身坐標(biāo)系確定的。圖2 中基準(zhǔn)塊的底面和圖3 中的F 面即為一個(gè)坐標(biāo)面(如設(shè)為X′- Y′) ，另外兩個(gè)坐標(biāo)面X - Z 和Y - Z 在基準(zhǔn)塊的側(cè)面(圖3中未表示出) 。為便于搬移，中、大型檢具通常配有四個(gè)可拆卸的輪子(如圖3 中的件10) ，或者制作一框式小車(chē)，直接將檢具“嵌入”其間。

　　3 覆蓋件檢具的原理及應(yīng)用

　　一般來(lái)說(shuō)，覆蓋件乃至車(chē)身的檢測(cè)要素主要為工件的外形(如輪廓、曲面形狀等) 以及特征部位(如孔、凸緣等) 的位置。現(xiàn)將覆蓋件檢具的主要檢測(cè)原理及要點(diǎn)簡(jiǎn)介如下。

　　3.1 工件的定位

　　工件正確、合理的定位是準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)。覆蓋件在檢具上的定位方式主要有兩種： ①將面定位塊與工件的自由曲面貼合，再以工件上的兩個(gè)孔作為定位孔，共同完成定位。兩定位孔之一必須能在兩個(gè)方向限位，可采用錐形塞規(guī)(用于圓孔) 或棱形塞規(guī)(用于腰孔) 定位;另一定位孔則只能在一個(gè)方向限位，可采用棱形銷(xiāo)、削邊銷(xiāo)(用于腰孔) 或圓銷(xiāo)(用于圓孔) 定位，參見(jiàn)圖4。②將面定位塊與工件自由曲面貼合，再在工件輪廓邊緣上設(shè)置擋塊，共同完成定位。輪廓定位點(diǎn)通常設(shè)置三點(diǎn)，即一個(gè)方向上設(shè)置兩點(diǎn)，另一方向上設(shè)置一點(diǎn)。

　　3.2 孔的檢測(cè)

　　孔的檢測(cè)內(nèi)容主要包括孔徑尺寸和孔的位置。用檢具檢測(cè)時(shí)通?？刹捎靡韵路椒ǎ?①被測(cè)孔精度要求較低時(shí)，可采用劃線方式檢測(cè)，即在工件被測(cè)孔下方間隔1mm 處的檢具相應(yīng)區(qū)域內(nèi)劃線，劃線區(qū)域的圓直徑(或正方形邊長(zhǎng)) 應(yīng)大于被測(cè)孔徑5mm ，如圖5a 所示。圖中環(huán)形雙劃線的直徑D1 、D2 根據(jù)圖紙公差要求確定，此處D1 = D - 1 ，D2 = D + 1 。②被測(cè)孔比較重要或精度要求較高時(shí)，可采用塞規(guī)和襯套方式檢測(cè)，如圖5b 所示。塞規(guī)形狀為一階梯狀的圓柱銷(xiāo)，與圖4 所示以孔定位用的塞規(guī)類似。塞規(guī)的工作部分為直徑D′的圓柱，D′< D ( D為工件上被測(cè)孔徑) ，其差值根據(jù)圖紙公差要求確定。埋入襯套處的型面做成凸臺(tái)形，襯套端面低于凸臺(tái)頂面約5mm。采用孔定位時(shí)，檢具型面上的基準(zhǔn)孔也采用這種埋入襯套式結(jié)構(gòu)，但對(duì)應(yīng)的塞規(guī)不同。需要時(shí)，工件上的孔徑也可采用游標(biāo)卡尺測(cè)量。

　　3.3 外形輪廓的檢測(cè)

　　覆蓋件的外形輪廓普遍具有不規(guī)則、呈自由曲面等特點(diǎn)，因此外形輪廓檢測(cè)的主要依據(jù)是檢具的型面，同時(shí)配合采用其它相應(yīng)的檢測(cè)手段，如劃線比較、齊平比對(duì)、厚薄規(guī)檢查、游標(biāo)卡尺及專用手持量具測(cè)量等。

　　以劃線方式檢測(cè)工件輪廓的方法與檢測(cè)孔類似，雙劃線也刻劃在檢具型面上，采用比較法對(duì)覆蓋件輪廓精度作出評(píng)價(jià)(圖3 所示檢具即用此方法) 。當(dāng)輪廓精度要求較高時(shí)，可采用齊平比對(duì)方式進(jìn)行檢測(cè)，這時(shí)評(píng)價(jià)工件輪廓精度的依據(jù)是檢具的相關(guān)型面，且應(yīng)具有足夠的利用長(zhǎng)度L (25～30mm) 。圖6 為一些具有代表性的覆蓋件外形輪廓檢測(cè)示例。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，往往還需借助如圖7 所示的專用量具。以圖6 中的a 、b、d、f 為例，實(shí)施檢測(cè)時(shí)，將專用量具的底平面M緊貼在檢具的相關(guān)型面F 上，然后移動(dòng)量具并記錄百分表讀數(shù)值的變化量(在開(kāi)始測(cè)量前百分表需先對(duì)零) 。圖7 所示量具尺寸為參考尺寸，底座長(zhǎng)度L 可按實(shí)際需要確定。對(duì)于圖6 中C、E的情況，采用專用量具檢測(cè)時(shí)只需將百分表測(cè)頭由球頭改為小平面即可。

　　對(duì)覆蓋件自由曲面(平面為其特殊情況) 的檢測(cè)，通常采用在檢具型面上設(shè)置“3mm 測(cè)量面”的方式，該測(cè)量面由支承面(即“O”間隙面) 對(duì)工件進(jìn)行定位后形成(參見(jiàn)圖6) 。覆蓋件的尺寸公差一般為±015mm 或±1mm ，其形狀誤差的確定方法有兩種：①將插片式厚薄規(guī)組成不同厚度( 如間隔尺寸011mm) 的若干片，分別或組合使用進(jìn)行測(cè)量。②另一種應(yīng)用較多的方法是采用如圖8a 所示的錐度尺進(jìn)行測(cè)量。錐度尺可將插入深度轉(zhuǎn)換為間隙量，讀數(shù)值可達(dá)到011mm ，圖8b 為二種錐度尺測(cè)量情況。錐度尺雖然使用較方便，但其實(shí)際測(cè)量精度不太高。采用圖9 所示的兩種專用檢具可獲得較高的測(cè)量精度，且操作也十分方便。在現(xiàn)代檢具設(shè)計(jì)中，趨向于將測(cè)量面的間隙由3mm 擴(kuò)大到5mm(參見(jiàn)圖9) 。

　　3.4 斷面樣板和手持式組合量規(guī)

　　斷面樣板和手持式組合量規(guī)均用于配合檢具測(cè)量覆蓋件的曲面形狀和工件上孔的位置，是否配置這兩種量具則取決于實(shí)際測(cè)量需要。當(dāng)工件的尺寸和形狀精度要求較高，僅靠檢具型面及相應(yīng)結(jié)構(gòu)不足以實(shí)現(xiàn)有效控制時(shí)，可在檢具周?chē)O(shè)置若干個(gè)斷面樣板，圖10 為斷面樣板的測(cè)量示例，其工作部分的型面與覆蓋件的被測(cè)表面應(yīng)保持3mm 的間隙，以便各種專用量具檢測(cè)時(shí)使用。斷面樣板的板體材料一般為鋼或鋁等金屬，工作部分可用鋁或樹(shù)脂等制成。手持式組合量規(guī)是一種極限型塞規(guī)，但其作用不同于檢查銷(xiāo)或定位銷(xiāo)，它主要用于控制工件表面多個(gè)孔(包括非圓孔) 的尺寸及孔間位置度，其使用不與檢具本體發(fā)生關(guān)系。圖11 所示為轎車(chē)車(chē)門(mén)外板檢具對(duì)工件實(shí)施檢測(cè)時(shí)配合使用的組合量規(guī)測(cè)量示例，其檢測(cè)對(duì)象為安裝車(chē)門(mén)把手的一組孔。左側(cè)圓柱銷(xiāo)用于檢測(cè)一圓孔，右側(cè)兩銷(xiāo)用于檢測(cè)一腰形孔，組合量規(guī)同時(shí)還可控制孔間的位置度。

　　3.5 工件的夾緊

　　覆蓋件在檢具中的檢測(cè)一般應(yīng)在夾緊狀態(tài)下進(jìn)行，夾緊方式主要有杠桿式夾頭夾緊和永久磁鐵夾緊兩種，夾緊點(diǎn)必須設(shè)置在“O”間隙面(即支承面)上，且?jiàn)A緊點(diǎn)數(shù)量應(yīng)盡可能少，夾緊位置應(yīng)選擇在工件剛性較好的部位。

　　圖3 中的件6 即為杠桿式夾頭的應(yīng)用實(shí)例。杠桿式夾頭已有系列化產(chǎn)品，制造廠可根據(jù)需要選用，同時(shí)還可配置不同型式和尺寸的支架或托架(如圖3 中的件7) 。

　　永久磁鐵夾緊方式近年來(lái)應(yīng)用日趨廣泛，尤其在中小覆蓋件檢具上使用較多。夾緊用永久磁鐵均為扁圓鈕扣形，已有系列化產(chǎn)品供應(yīng)。永久磁鐵的配置方式有兩種： ①將永久磁鐵嵌入支承塊中。②將永久磁鐵對(duì)稱地嵌入支承塊兩側(cè)的型面內(nèi)(磁鐵上表面應(yīng)低于定位表面012～013mm) 。

　　大型覆蓋件的夾緊往往混合使用夾頭夾緊和磁鐵夾緊兩種方式，工件周?chē)捎酶軛U式夾頭夾緊，中間支承塊則采用永久磁鐵夾緊。對(duì)覆蓋件和車(chē)身中少數(shù)較復(fù)雜的總成件(如前圍、車(chē)身骨架乃至車(chē)身等) ，可采用如圖12 所示的檢具進(jìn)行檢測(cè)。

　　被測(cè)工件(車(chē)身骨架或前圍總成等) 由四個(gè)臺(tái)階形立柱支承，并依靠其圓柱部分和環(huán)形面定位，定位孔一般選擇減振器孔等制造精度較高的孔。立柱固定在一穩(wěn)固的底座上，被測(cè)工件兩側(cè)設(shè)置了若干個(gè)測(cè)量支架，每個(gè)支架上安裝了可水平移動(dòng)的測(cè)量臂，其頂端裝有測(cè)頭，每個(gè)測(cè)頭對(duì)應(yīng)測(cè)量焊接總成或車(chē)身上的某一被測(cè)部位。由于工件被測(cè)部位可分為型面上的孔和點(diǎn)，因此測(cè)頭也分為兩種類型，如圖13 所示。

　　從圖中可看出，與型面上被測(cè)孔或點(diǎn)接觸的測(cè)爪形狀及結(jié)構(gòu)雖然不同，但均固定在一個(gè)帶讀數(shù)標(biāo)尺的二維可調(diào)機(jī)械滑臺(tái)上，測(cè)孔用的測(cè)爪在軸向也裝有讀數(shù)標(biāo)尺。當(dāng)然，一些簡(jiǎn)易型檢具的測(cè)頭結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，不帶可讀數(shù)的二維滑臺(tái)，而是由操作者目測(cè)讀數(shù)，如圖14 所示。圖15 從另一方向顯示了用于測(cè)量車(chē)身分總成、車(chē)身骨架等覆蓋件的檢具狀況。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　必須指出，雖然汽車(chē)覆蓋件檢具在大批量生產(chǎn)中具有一定優(yōu)勢(shì)，但由于該類檢具大多形狀復(fù)雜、體積龐大、制作周期長(zhǎng)、成本較高，且檢測(cè)對(duì)象單一，檢測(cè)柔性差，此外，檢具的工作特點(diǎn)決定了其難以迅速獲取大量精確的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并據(jù)此監(jiān)控生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況，因此進(jìn)入九十年代后，隨著更先進(jìn)的自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)的廣泛應(yīng)用，檢具已逐漸失去在覆蓋件和車(chē)身在線檢測(cè)中的主導(dǎo)地位，尤其對(duì)于大型焊接總成和車(chē)身的檢測(cè)，在現(xiàn)代化汽車(chē)制造廠中已很少應(yīng)用類似圖12 和圖15 的大型檢具了。