基于UG的轿车转向管柱上护罩检具设计

赵海东，杨保成，申 勇，焦洪宇

（常熟理工学院 汽车工程学院，江苏 常熟 215500）

随着汽车技术与社会经济水平的提高，人们对高质量汽车的需求不断增加.检具是一种用来检测和评价汽车零部件尺寸的专用检验设备［1］.在生产过程中，将工件置于检具上，可对零件质量状态进行快速而准确的判断.因此检具对汽车质量的监测管理起到了关键作用，它能适应生产企业大批量生产的需求，同时有效控制产品质量，提高工作效率［2］.检具由支撑装置、定位装置、夹紧装置、检测装置以及其他的辅助装置构成［3-4］.它主要向通用化、轻量化、可回收化、柔性化和数字化方向发展［5］.严格按设计要求设计制造的检具，能够涵盖零件所有参数，对零件的符合性进行检验，从而提高零件的制造精度.因此对检具的开发显得尤为重要,其势必成为汽车行业中重要的组成部分［6-7］.

1 转向管柱上护罩建模

转向管柱上护罩属于汽车内外饰件中塑料件的类别，主要起到装饰的作用.产品性能要符合车身内外饰件规定，要按照国家规定进行工件阻燃性试验，其燃烧速度不大于70 mm/min.产品上的突出物要满足《乘用车内部突出物》法规规定，重量及材料根据实际使用要求进行选择.上护罩结构如图1所示.

对被测轿车转向管柱上护罩进行激光扫描，获取具体数模参数，然后对工件进行三维建模，如图2所示.参照工件的零件图对待测工件进行结构分析，确定检具关键信息，如基准面、凹凸情况、待检测截面和定位面等，如图3所示.

2 检具体及断面样板的建模

2.1 检具体的建模

在检具设计过程中，关键是对检具体的建模，检具检测结果准确与否取决于检具体建模是否准确.目前，在行业中采用“实物反求”法对检具体进行建模，通过激光对工件进行扫描，从激光检测仪中得出实物数据，通过数据处理后得出检具体建模数据，最后利用相关的制图软件构建其三维模型.由于零件本身存在制造误差与装配误差，为避免相互干涉，设计时在检具体与零件的表面间留有一定的间隙，以确保检具能够正常使用.

在UG中首先将工件表面沿外轮廓向内偏置3 mm的距离，接着将工件检测表面沿切向或者法向延伸20 mm作为检具的检测面并标记不同颜色，将基准面拉伸一定距离得到检具体.对于特殊的表面，待检具体成型后再修剪.检具体模型如图4所示.

图1 上护罩结构简图

图2 工件三维模型

图3 检具基准示意图

图4 检具体模型

2.2 断面样板的建模

在上护罩检具中，通过断面样板对待测工件的关键形面进行检测，断面样板主要分为旋转式、插入式和推拉式3类，当工件的跨度较大时，为保证检具在垂直方向的测量精度，通常将插入式断面样板作为设计首选，但当遇到特殊的形面时，可采取打断式设计.

设计时考虑到上护罩检具的检具体主要用来检测工件的内表面（如图4椭圆范围内）.上护罩检具的断面样板主要用来检测关键截面的外表面，设计时会使检具的工作表面与工件的外表面间保持2～3 mm的距离，其建模方法与检具体类似.断面样板的具体工作表面材料要根据实际情况来确定.旋转式断面样板与插入式断面样板如图5所示.插入式断面样板主要用于检测被测工件下表面的自由曲面（如图6方框所示）.

图5 断面样板

图6 断面样板安装示意图

3 底板总成及检具支架设计

3.1 检测装置选取

检测装置主要用来表征被测参数实际数值或其误差的大小.检测装置的精度、检测点的位置都会影响检测结果的准确性.将工件置于检具上，用检测装置来判断各曲面的尺寸是否符合要求.本设计中，采用通止规和面差规来进行定性检测.检测装置如图7所示.

图7 检测装置

3.2 底板总成设计

此次设计采用铸铝材料的底板，因其材料硬度不高、易切削加工、耐磨性较好.底板上刻有百位线，每隔100 mm作为一档进行刻注，百位线可起到提高装配效率、提高三坐标检测仪对检具精度检测的测量速度和美化检具外观的作用.要确保底板具有一定的装配强度，底板上设有3个基准孔，孔上装有基准块，底板上还配有通止规和面差规等测量仪器，如图8所示.

图8 底板总成

3.3 检具支架设计

为匹配工件在车上位置，使检测更方便准确，需模拟产品在车上的实际安装位置，因此检具支架孕育而生，根据实际需求设计出合适的检具支架，如图9所示.

图9 检具支架

4 定位装置设计

在国内，汽车车身坐标系通常以汽车前轮前桥上平面的中点为坐标原点，以汽车由车头到车尾的长度方向为X轴，以汽车由车底到车顶的高度方向设为Z轴，以汽车的宽度方向为Y轴.检具基准的选取通常以基准统一、基准重合、互为基准、自为基准为选取原则，从而能确保整个工件的定位更准确、夹紧更可靠、操作更便捷.

检具通常采用3-2-1定位法则来进行定位，检具上零件的定位主要通过3个平面来确定，即第一基准面（a）、第二基准面（b）和第三基准面（c）.第一基准需要3个或者更多的接触点，第二基准需要2个接触点，第三基准需要1个接触点，即3-2-1原则.实际生产中尽量选择零件的重心平面作为第一平面，以便于零件与基准面更好的接触.

因为上护罩的检具较小，故在上护罩检具的底座上设有3个基准孔（见图10），并装有3个基准块，如图11所示.

图10 检具底座上的3个基准孔

图11 基准块

5 夹紧装置设计

考虑到零件在汽车上的安装位置，当对工件进行检测时，可利用夹紧装置，使零件与基准面较好贴合，从而防止检测时工件发生不必要的滑动而导致检测结果不准确.夹紧装置应该以不使定位和零件遭到损坏为原则，同时要保证其结构轻巧且便于零件的装卸.设计时尽可能采用市场上的标准件，以避免日后更换的麻烦.而且要确保夹紧机构在伸缩过程中有足够的空间，不与其他工件发生干涉.夹紧装置要有足够的刚度，能够把零件的变形控制在最小范围内，夹紧装置的夹头最好能够与基准面保持垂直.

本次设计主要采用以下两类夹紧装置：一类是利用锁紧螺钉和卡扣的组合对工件进行夹紧，如图12所示；另一类是利用滑条和定位块的组合对工件进行夹紧，如图13所示.最后在UG中完成工件与检具的装配，如图14所示.通过UG中的制图模块导出检具的装配图和零件图，并进行装配图与二维零件图的尺寸标注.

图12 夹紧机构

图13 卡紧机构

图14 工件与断面样板装配示意图

6 结论

采用UG进行检具设计，只需根据样件或产品图纸来建立产品的三维模型，利用软件的编辑功能可完成大部分设计内容，创建出来的模型与产品达到较好匹配度，检具的设计简便、经济.可见，在满足客户要求的前提下，利用UG进行检具设计，可以有效地根据产品的实际设计要求、工作特性并结合产品的结构和外观特点决定检具的设计方案，从而使检具更能达到预期的使用目标.