牛磊

浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江省杭州市 311112

1 引言

一輛汽車(chē)包含上萬(wàn)個(gè)零件，如何保證這些零件幾何尺寸和公差滿足設(shè)計(jì)要求，這關(guān)系到零件的裝配和汽車(chē)的性能。一方面可以通過(guò)提高零件的加工精度來(lái)保證其尺寸和公差，但是這會(huì)增加加工成本；另一方面可以適當(dāng)降低加工精度，從而降低加工成本，但是，這就需要對(duì)零件的尺寸和公差進(jìn)行監(jiān)控，確保其幾何尺寸和公差滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于小批量生產(chǎn)的零件可以通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x來(lái)檢測(cè)零件幾何尺寸和公差。對(duì)于大批量生產(chǎn)零件，可以開(kāi)發(fā)專用檢測(cè)工具來(lái)檢測(cè)，即檢具。

[1]汽車(chē)檢具是一種用于檢測(cè)汽車(chē)零部件產(chǎn)品特征是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的專用檢測(cè)工具，為非標(biāo)準(zhǔn)定制化產(chǎn)品。目前，大多數(shù)汽車(chē)零部件供應(yīng)商采用汽車(chē)檢具來(lái)監(jiān)控零件幾何尺寸和公差，汽車(chē)主機(jī)廠主要采用汽車(chē)檢具來(lái)驗(yàn)收供應(yīng)商供給的零件。汽車(chē)檢具的廣泛使用，使得其成為車(chē)企及其供應(yīng)商質(zhì)量水平的一種象征，同時(shí)，汽車(chē)檢具成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

通過(guò)各類(lèi)文獻(xiàn)檢索，汽車(chē)檢具技術(shù)的研究情況綜述如下[2-6]。

王書(shū)春針對(duì)汽車(chē)檢具專用性和低效率的設(shè)計(jì)方式，提出一種基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的檢具變形設(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)了基于MBD 模型的汽車(chē)檢具智能設(shè)計(jì)平臺(tái)。高杰利用電容式傳感器構(gòu)建快速檢測(cè)檢具，并采用快速檢測(cè)檢具對(duì)產(chǎn)品面差進(jìn)行快速反饋式檢測(cè)，建立產(chǎn)品型面數(shù)據(jù)快速高效的檢測(cè)方式。程齊提出了基于MBD 模型檢索的汽車(chē)檢具快速設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合多種技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一套汽車(chē)檢具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，推動(dòng)汽車(chē)檢具設(shè)計(jì)更加自動(dòng)化、智能化。

R.Fritzsche 針對(duì)車(chē)身生產(chǎn)中夾具手動(dòng)設(shè)置轉(zhuǎn)化為自動(dòng)化情況，開(kāi)發(fā)出調(diào)整模塊，使得每個(gè)夾緊點(diǎn)通過(guò)算法和現(xiàn)代人工智能方法精確定位，確保精確的測(cè)量。ZK Yun等人簡(jiǎn)要論述了汽車(chē)檢具的應(yīng)用及 UGNX二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并在VS.NETe 中利用UG研發(fā)出汽車(chē)檢測(cè)夾具KBE 設(shè)計(jì)系統(tǒng)，保證了汽車(chē)檢測(cè)夾具的自動(dòng)化以及智能化設(shè)計(jì)，并通過(guò)具體實(shí)例測(cè)試了系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能。

綜上可知，雖然國(guó)內(nèi)外在汽車(chē)檢具的研發(fā)方面取得一些成果，但是，汽車(chē)檢測(cè)中一些重要問(wèn)題還沒(méi)有解決，汽車(chē)檢具的關(guān)鍵技術(shù)還有待研究。比如，汽車(chē)檢具的自動(dòng)化程度不高，未形成組合化和參數(shù)化[1]；某些“特殊孔”采用檢具檢測(cè)從理論上幾乎無(wú)法檢測(cè)，只能依靠三坐標(biāo)檢測(cè)，即便設(shè)計(jì)出檢具，但是檢測(cè)效果差[7]。

3 本文研究的重點(diǎn)分析

本文針對(duì)上述汽車(chē)檢具關(guān)鍵技術(shù)中的一項(xiàng)進(jìn)行研究，即某些“特殊孔”的檢測(cè)技術(shù)的研究，總體研究?jī)?nèi)容如下：

在汽車(chē)零部件的孔位置檢測(cè)時(shí)，一般采過(guò)檢測(cè)銷(xiāo)來(lái)檢測(cè)。按照常規(guī)檢測(cè)銷(xiāo)的設(shè)計(jì)方法：檢測(cè)銷(xiāo)的檢測(cè)軸直徑d 等于待檢測(cè)孔的最大實(shí)體尺寸Dmin 減去孔的位置度T，即：d=Dmin-T。但有時(shí)候孔的位置度T 和孔徑相差很小，甚至位置度大于孔徑。此時(shí)，按照常規(guī)檢測(cè)銷(xiāo)的設(shè)計(jì)方法，檢測(cè)銷(xiāo)的檢測(cè)軸直徑d（d=Dmin-T）很小，甚至為負(fù)值。這樣就帶來(lái)以下問(wèn)題：

檢測(cè)銷(xiāo)的檢測(cè)軸直徑d 很小，檢測(cè)時(shí)很容易碰斷。檢測(cè)銷(xiāo)的檢測(cè)軸直徑d 為負(fù)值，現(xiàn)實(shí)中是不可能，無(wú)法設(shè)計(jì)。

針對(duì)上述問(wèn)題，一些企業(yè)在檢測(cè)時(shí)不再采用檢測(cè)軸來(lái)檢測(cè)，而是采用三坐標(biāo)檢測(cè)，這種檢測(cè)方式效率低、成本高，無(wú)法滿足批量檢測(cè)的要求。

專利CN110579152A 中“特殊孔”指的是第三CCB 安裝孔3，其檢測(cè)方法為，第三CCB 安裝孔3 的位置度和孔徑相差很小，若按照常規(guī)檢測(cè)銷(xiāo)的設(shè)計(jì)方法，檢測(cè)軸的軸徑（第三CCB 安裝孔3 的最大實(shí)體直徑減去第三CCB 安裝孔3 的位置度）很小，檢測(cè)時(shí)檢測(cè)軸容易碰斷。因此這里提供一種新的檢測(cè)銷(xiāo)的設(shè)計(jì)方法，如圖1 所示，即檢測(cè)銷(xiāo)軸44 的軸徑等于第三CCB 安裝孔3 的最大實(shí)體直徑，第三檢測(cè)孔431 的孔徑等于第三CCB 安裝孔3 的最大實(shí)體直徑與位置度之和。當(dāng)檢測(cè)銷(xiāo)軸44 插入第三檢測(cè)孔431 時(shí)，軸相對(duì)于孔的浮動(dòng)量正好是第三CCB 安裝孔3 的位置度大小，所以只要第三CCB 安裝孔3 的位置在位置度范圍內(nèi)，檢測(cè)銷(xiāo)軸44 通過(guò)第三檢測(cè)孔431 就能插入第三CCB 安裝孔3 中；反之，第三CCB安裝孔3 的位置在位置度范圍之外，就不能插入第三CCB 安裝孔3 中。

圖1 專利CN110579152A 檢測(cè)示意圖

專利CN110579152A 中指出的方法，從幾何尺寸與公差的原理來(lái)分析是一種創(chuàng)新，理論上正確，在實(shí)際檢測(cè)中需要測(cè)銷(xiāo)軸44 與第三檢測(cè)孔431 軸線始終保持平行，這樣才能符合幾何尺寸與公差的原理要求，與理論一致，但是，保持上述軸線始終平行，在實(shí)際操作中很難實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)谌鼵CB安裝孔3 位置度比較大時(shí)，此時(shí)根據(jù)專利CN110579152A 的檢測(cè)方法，檢測(cè)銷(xiāo)軸44軸徑與第三檢測(cè)孔431 孔徑相差較大，導(dǎo)致檢測(cè)銷(xiāo)軸44 與第三檢測(cè)孔431 的配合間隙大，也就是孔銷(xiāo)浮動(dòng)大，孔銷(xiāo)傾斜大，喪失檢測(cè)意義，檢測(cè)失真。

本文對(duì)上述汽車(chē)檢具關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

4 技術(shù)方案總體設(shè)計(jì)

為解決上述目的，本文設(shè)計(jì)一種檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)，總體技術(shù)方案：一種檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)包括底座、檢測(cè)銷(xiāo)、檢測(cè)塊、圓柱把手。檢測(cè)銷(xiāo)的檢測(cè)軸直徑d 等于待檢測(cè)孔的最小實(shí)體尺寸Dmax 與待檢測(cè)孔位置度T 之和，即：d=Dmax+T。檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)軸的端部如果能完全蓋住待檢測(cè)孔，說(shuō)明待檢測(cè)孔的位置偏移量在位置度T 范圍內(nèi)，則判定孔的位置合格，否則為不合。檢測(cè)塊采用透明的材質(zhì)，比如透明的有機(jī)玻璃，便于透過(guò)檢測(cè)塊觀察檢測(cè)軸的端部是否能完全蓋住待檢測(cè)孔。同時(shí)，檢測(cè)塊可檢測(cè)待檢測(cè)孔所在面的輪廓度。

5 具體方案設(shè)計(jì)

如圖2 所示，本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)，包括底座1、檢測(cè)銷(xiāo)2、檢測(cè)塊3、圓柱把手4。

圖2 檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)示意圖

如圖3 所示，底座1 上設(shè)有D 形導(dǎo)向孔11，檢測(cè)塊3 上設(shè)有中心孔31，圓柱把手4上設(shè)有中心孔41

圖3 檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)分解圖

如圖4 所示，檢測(cè)銷(xiāo)2 分為三段：D 形導(dǎo)向段21、圓柱固定段22、檢測(cè)軸23。

圖4 檢測(cè)銷(xiāo)示意圖

5.1 檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)的配合關(guān)系如下

如圖3 所示，檢測(cè)銷(xiāo)2 的D 形導(dǎo)向段21 穿過(guò)檢測(cè)塊3 的中心孔31，直至中心孔31 與圓柱固定段22 過(guò)盈配合，這樣檢測(cè)塊3 就固定在檢測(cè)銷(xiāo)2 上。然后，檢測(cè)銷(xiāo)2 的D 形導(dǎo)向段21 繼續(xù)穿過(guò)底座1 上的D 形導(dǎo)向孔11，D 形導(dǎo)向段21 與D 形導(dǎo)向孔11間隙配合，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)銷(xiāo)2 沿導(dǎo)向孔11 軸線方向的移動(dòng)。然后，D 形導(dǎo)向段21 與圓柱把手4 的中心孔41 過(guò)盈配合，這樣圓柱把手4 就固定在檢測(cè)銷(xiāo)2 上。

通過(guò)以上的裝配操作，就形成了圖2 所示的裝配狀態(tài)。

5.2 檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)檢測(cè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)幾何尺寸和公差的規(guī)則，檢測(cè)軸23 的直徑d 等于待檢測(cè)孔的最小實(shí)體尺寸Dmax 與待檢測(cè)孔位置度T 之和，即：d=Dmax+T。檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)軸23 的端部如果能完全蓋住待檢測(cè)孔，說(shuō)明待檢測(cè)孔的位置偏移量在位置度T 范圍內(nèi)，則判定孔的位置合格。否則為不合格。檢測(cè)塊3 采用透明的材質(zhì)，比如透明的有機(jī)玻璃，便于透過(guò)檢測(cè)塊觀察檢測(cè)軸23 的端部是否能完全蓋住待檢測(cè)孔。

當(dāng)待檢測(cè)孔所在的面需要檢測(cè)面輪廓度時(shí)，利用檢測(cè)塊3 實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，檢測(cè)軸23的長(zhǎng)度記為L(zhǎng)。也就是檢測(cè)軸23 端部與檢測(cè)塊3 之間的軸向距離為L(zhǎng)。

5.3 檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)方法

圖5 有一個(gè)汽車(chē)零件（僅僅展示其局部視圖）。首先把零件定位、夾緊在檢具上（檢具圖未示），檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在檢具的相應(yīng)位置上。

圖5 檢測(cè)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)檢測(cè)零件時(shí)的示意圖

待檢測(cè)孔位置度檢測(cè)：手持圓柱把手4，將檢測(cè)銷(xiāo)2 推至待檢測(cè)面，目測(cè)待檢測(cè)面上無(wú)待檢測(cè)孔，即，檢測(cè)軸23 的端部完全蓋住待檢測(cè)孔，則為合格。否則為不合格。

待檢測(cè)面的面輪廓度（輪廓度值為F）檢測(cè)：手持圓柱把手4，將檢測(cè)銷(xiāo)2 推至待檢測(cè)面，用通止規(guī)或塞片尺測(cè)量待檢測(cè)面與檢測(cè)塊3 之間的間隙。間隙數(shù)值在L-（F/2）到L+（F/2）范圍內(nèi)則為合格，否則為不合格。

6 總結(jié)

本文對(duì)汽車(chē)檢具關(guān)鍵技術(shù)中的一項(xiàng)進(jìn)行研究，即某些“特殊孔”的檢測(cè)技術(shù)的研究。常規(guī)檢具的檢測(cè)方法是：檢測(cè)銷(xiāo)同時(shí)通過(guò)導(dǎo)向孔和待檢測(cè)孔，即表明待檢測(cè)孔合格，否則不合格。這種方法已經(jīng)不能滿足本文的要求。因此，根據(jù)尺寸工程的規(guī)則，結(jié)合檢具設(shè)計(jì)的原理，對(duì)常規(guī)檢測(cè)方法進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出新的檢測(cè)方案，新的檢測(cè)方案采用“轉(zhuǎn)換檢測(cè)”的思路，檢測(cè)銷(xiāo)的檢測(cè)軸直徑d 等于待檢測(cè)孔的最小實(shí)體尺寸Dmax 與待檢測(cè)孔位置度T 之和，即：d=Dmax+T。檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)軸的端部如果能完全蓋住待檢測(cè)孔，說(shuō)明待檢測(cè)孔的位置偏移量在位置度T 范圍內(nèi)，則判定孔的位置合格。否則，不合格。

本方案設(shè)計(jì)巧妙，檢測(cè)有效。解決了按照常規(guī)檢測(cè)銷(xiāo)的設(shè)計(jì)方法帶來(lái)的弊端，不僅可以檢測(cè)孔位置度，還可以檢測(cè)面輪廓度。

本文研究成果可以推廣到汽車(chē)主機(jī)廠和汽車(chē)零部件供應(yīng)商，一方面可以提高其尺寸工程的設(shè)計(jì)水平，另一方面可以增強(qiáng)其檢具設(shè)計(jì)的能力，從而提高生產(chǎn)效率和提升零部件的質(zhì)量，保證車(chē)身尺寸精度及整車(chē)品質(zhì)，進(jìn)而提升汽車(chē)安全。