第四節(jié) 工裝（檢具）

工裝就是工藝裝備，為了實(shí)現(xiàn)某種產(chǎn)品或工藝過(guò)程的專用裝備或工具，除了通用設(shè)備以外的都是工裝。它是用來(lái)保證某種產(chǎn)品生產(chǎn)的一些設(shè)施與工具。

工裝分為以下幾類：

1）模具：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品特性的工具，成型物品的工具，通過(guò)改變所成型的物理狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品外形的加工。

2）夾（卡）具：在產(chǎn)品制造過(guò)程中固定加工對(duì)象，使產(chǎn)品處于正確位置，用來(lái)施工和檢測(cè)裝置。

3）檢具：檢具是一種用來(lái)測(cè)量和評(píng)價(jià)零件幾何形狀及尺寸質(zhì)量的專用檢驗(yàn)設(shè)備。

4）其他：刃具、輔具、工位器具等。

檢具測(cè)量系統(tǒng)的再現(xiàn)性是指由不同的測(cè)量人員，對(duì)同一套檢具運(yùn)用相同的測(cè)量工具，測(cè)量同一件的同一特性時(shí)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)平均值變差。由于每位測(cè)量人員使用測(cè)量工具的使用方法不同、讀數(shù)方式不同等等原因，決定了每位測(cè)量人員所得的平均值將會(huì)不同，我們可以通過(guò)比較測(cè)量人員對(duì)每個(gè)零件的測(cè)量平均值，計(jì)算它們之間的差異得到測(cè)量數(shù)據(jù)平均值變差。通常我們采取將一組測(cè)量人員得到的最大平均值減去最小平均值得到的極差來(lái)估計(jì)該檢具檢測(cè)系統(tǒng)再現(xiàn)性的大小。

1.檢具設(shè)計(jì)、審核、驗(yàn)收流程（見(jiàn)圖2-26）

1）設(shè)計(jì)輸入。

2）檢具設(shè)計(jì)方案的確定內(nèi)容。

3）檢具設(shè)計(jì)方案審核。

4）檢具的結(jié)構(gòu)CAD設(shè)計(jì)。

5）檢具結(jié)構(gòu)審核。

6）檢具制造。

7）檢具驗(yàn)收。

圖2-26 檢具設(shè)計(jì)、審核、驗(yàn)收流程

2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)輸入 全面熟悉掌握產(chǎn)品的特性，對(duì)輸入資料要完全搞清楚。

產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)，必須包含產(chǎn)品的技術(shù)要求，產(chǎn)品的定位基準(zhǔn)，產(chǎn)品的尺寸公差及形位公差，這些必須理解。

了解客戶對(duì)產(chǎn)品檢具的需求，借鑒以往成功或失敗的案例，充分了解客戶檢具審核和批準(zhǔn)的流程，了解所需提供的文件。

（2）檢具設(shè)計(jì)方案的確定內(nèi)容（概念、方案設(shè)計(jì)）

1）確定基準(zhǔn)面（定位面，支撐面），確定主副基準(zhǔn)（實(shí)質(zhì)就是確定零件擺放位置）。

2）確定檢具檢測(cè)的內(nèi)容。

3）確定檢具的材料。

4）標(biāo)識(shí)，標(biāo)牌，檢具顏色涂飾。

5）編制檢具式樣書。

（3）檢具的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 汽車大型檢具有著汽車零件檢具的共性，也有著其自身的特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)主要由底板及機(jī)架部分、定位裝置、夾緊裝置、測(cè)量裝置、輔助裝置組成。

3.底板及框架部分設(shè)計(jì)

底板和框架部分是整個(gè)檢具的基礎(chǔ)部分，雖然不是檢具的工作部分，其穩(wěn)定性卻直接影響到整個(gè)檢具的精度。因?yàn)榇笮图臋z具比較大，在底板和機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要注意其剛性和所選材料的加工性與穩(wěn)定性。底板一般采用鑄鋁材料，采用筋板結(jié)構(gòu)或箱體結(jié)構(gòu)。底板上應(yīng)設(shè)置檢具的檢測(cè)和校驗(yàn)基準(zhǔn)，可與汽車坐標(biāo)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，同時(shí)應(yīng)設(shè)置起吊或搬運(yùn)結(jié)構(gòu)，底板上應(yīng)有汽車零件坐標(biāo)線，因產(chǎn)品本身尺寸比較大，故底板設(shè)計(jì)不能太大，否則會(huì)引起操作不便，只要能保證翻轉(zhuǎn)部件不伸出底板即可，檢具結(jié)構(gòu)如圖2-27所示。

圖2-27 檢具結(jié)構(gòu)

4.定位裝置設(shè)計(jì)

汽車零件一般是空間零件，在空間的定位對(duì)其檢測(cè)的正確性與穩(wěn)定性起著決定性的作用，對(duì)于剛性件或小零件，一般采用“3-2-1”的基本原則，即第一基準(zhǔn)三點(diǎn)，第二基準(zhǔn)兩點(diǎn)，第三基準(zhǔn)一點(diǎn)，通俗一點(diǎn)就是用數(shù)量不同的點(diǎn)構(gòu)成面、線、點(diǎn)來(lái)限制空間物體的自由度。在實(shí)際的生產(chǎn)中是不可能存在真正的點(diǎn)和線，一般都是通過(guò)單位“面”來(lái)逼近“點(diǎn)”和“線”的，單位“面”的大小應(yīng)視產(chǎn)品大小而定。對(duì)于大型零部件或柔性件，在檢具上的擺放狀態(tài)應(yīng)盡量按裝車狀態(tài)（允許旋轉(zhuǎn)90°的倍數(shù)），采用過(guò)定位的辦法控制檢具的穩(wěn)定問(wèn)題，避免柔性件的重力狀態(tài)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。

汽車零部件結(jié)構(gòu)一般是比較復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)件，零件在檢具上定位的正確性、穩(wěn)定性、可靠性，決定零部件的檢測(cè)精度；一般地，對(duì)于剛性件和小型件，可以直接采用3-2-1的定位原則，而對(duì)于大型結(jié)構(gòu)件、薄板件或內(nèi)外飾零部件可采用過(guò)定位辦法來(lái)設(shè)計(jì)定位點(diǎn)及支撐面。如前后保險(xiǎn)杠、側(cè)圍外板采用過(guò)定位來(lái)保證檢具定位的穩(wěn)定性。

（1）定位面（第一基準(zhǔn)） 即基準(zhǔn)體系中的“3”，對(duì)于大型飾件來(lái)講，因?yàn)槠鋭傂员容^差，而且重量相對(duì)較大，三點(diǎn)不足以構(gòu)成穩(wěn)定的面基準(zhǔn)，因而其定位體系必須在“3-2-1”的基礎(chǔ)上增加足夠的定位點(diǎn)或輔助定位點(diǎn)，才能構(gòu)成完整的面基準(zhǔn)，以保證定位的可靠性，例如：前保險(xiǎn)杠檢具定位點(diǎn)過(guò)少，造成產(chǎn)品定位不穩(wěn)定而誤判產(chǎn)品。第一定位平面盡量選擇重心平面，在可能的情況下，重心應(yīng)落在定位面構(gòu)成點(diǎn)組成的多邊形內(nèi)，以便零件穩(wěn)定地與定位面接觸。前保險(xiǎn)杠，因產(chǎn)品比較大且剛性差，上面有20多個(gè)定位支撐特征。

（2）定位銷（孔） 第二、第三基準(zhǔn)即基準(zhǔn)體系中的“2”和“1”，一般主定位孔（柱）采用四方位定位（孔），次定位孔（柱）采用兩方位定位銷（孔），兩方位定位銷應(yīng)有防轉(zhuǎn)措施。對(duì)于大型飾件，因其剛性、硬度差，而重量比較大，因而一般不采用錐形銷定位，而采用直銷定位，在設(shè)計(jì)時(shí)可先將其設(shè)計(jì)為孔徑最大值，再根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品的穩(wěn)定值來(lái)修正定位銷的尺寸（必須滿足孔徑的尺寸公差）來(lái)保證產(chǎn)品定位的穩(wěn)定性。當(dāng)然實(shí)際定位特征的形狀還有可能是定位孔（柱）的變形，因而必須具體問(wèn)題具體分析，結(jié)合零件的自身特點(diǎn)運(yùn)用適當(dāng)?shù)亩ㄎ恍问絹?lái)保證產(chǎn)品在檢具上定位的可靠。

5.夾緊裝置設(shè)計(jì)

因?yàn)闄z具本身的特點(diǎn)和為確保檢測(cè)時(shí)零件在檢具的唯一狀態(tài)，零件放置到檢具上后，應(yīng)使用夾緊裝置，將零點(diǎn)定位面和檢具定位貼緊。夾緊裝置要有一定的剛性，夾緊方向應(yīng)沿定位面的法向，如同時(shí)夾緊兩個(gè)方向時(shí)，夾緊方向盡量沿兩面夾角的平分線。夾緊裝置的形式和結(jié)構(gòu)多種多樣，但總的原則是在保證壓緊零件和檢具結(jié)構(gòu)允許的前提下，盡量做到操作方便快速，并盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)件。夾緊裝置如圖2-28所示。

6.測(cè)量裝置設(shè)計(jì)

測(cè)量裝置和定位裝置同樣都是檢具的核心部位，是實(shí)現(xiàn)檢具檢測(cè)功能的重要部分。根據(jù)如何判定被檢產(chǎn)品的公差特性，可分為定性型和定量型。定性型測(cè)量裝置只判斷產(chǎn)品的合格與否，而不能取得產(chǎn)品特征數(shù)值；而定量型測(cè)量裝置能直接取得產(chǎn)品特征數(shù)值。定性測(cè)量主要是采用通止法，體積或面積比較的方法取得的，在大型零部件及飾件檢具上主要是通過(guò)模擬塊、截面樣板、通止規(guī)、位置規(guī)和劃出公差帶區(qū)域的方式取得的，用于在線檢測(cè)的場(chǎng)合有比較大的優(yōu)點(diǎn)，具有快速判定產(chǎn)品的功能；定量測(cè)量主要用在產(chǎn)品試制的初期或有KPC檢測(cè)要求的場(chǎng)合，在檢具中主要采用百分表、斜尺或塞尺等取得。

圖2-28 夾緊裝置

7.輔助裝置設(shè)計(jì)

1）放置裝置。

2）翻轉(zhuǎn)裝置。

3）標(biāo)牌、標(biāo)識(shí)。

在檢具定位、檢測(cè)裝置的采用和設(shè)計(jì)上，要仔細(xì)分析產(chǎn)品尺寸與形位公差要求，根據(jù)不同的公差特性，采取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

8.設(shè)計(jì)輸出

1）檢具設(shè)計(jì)數(shù)模。

2）CAD二維圖。

3）操作指導(dǎo)書。

4）根據(jù)檢具的精度、零件要求輸出二維圖，編制工藝文件。

5）制造工藝輸出。

6）檢具制作工藝文件：①加工工藝流程；②工序；③毛坯；④設(shè)備；⑤裝配。

9.檢具精度

汽車檢具應(yīng)嚴(yán)格按照主機(jī)廠的檢具標(biāo)準(zhǔn)制造，為了保證檢具的穩(wěn)定性和精度，必須對(duì)檢具的底板或機(jī)架進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火時(shí)效處理。底板應(yīng)保證設(shè)計(jì)的平行度、垂直度、平面度和粗糙度要求，加工時(shí)應(yīng)保護(hù)好檢具檢測(cè)基準(zhǔn)。對(duì)于檢具材料，在強(qiáng)度允許的情況下盡量采用可加工樹(shù)脂材料，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是滿足使用要求的情況下減輕了檢具的重量，便于修改和加工，有較好的可塑性，并且不會(huì)對(duì)非金屬的汽車飾件造成傷害，而本身又不會(huì)被塑料件磨損。使用鑄鋁時(shí)要注意毛坯的澆鑄質(zhì)量。考慮到汽車件本身的特性，建議采用加工性能好一點(diǎn)的不銹鋼制作定位和位置檢測(cè)的部件，不會(huì)生銹弄臟汽車車身飾件本身。非工作部分的結(jié)構(gòu)盡量采用鋁材，有利于做好檢具的防護(hù)和保養(yǎng)。

10.檢具審核要點(diǎn)

1）熟悉檢具產(chǎn)品圖。

2）方案審核。

3）結(jié)構(gòu)審核，與設(shè)計(jì)內(nèi)容一致。

11.檢具驗(yàn)收要點(diǎn)

1）三坐標(biāo)CMM檢測(cè)，應(yīng)嚴(yán)格按照主機(jī)廠的公差標(biāo)準(zhǔn)及檢具設(shè)計(jì)圖樣要求，對(duì)檢具的定位基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)孔和基準(zhǔn)銷進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)，保證產(chǎn)品定位后相對(duì)于檢具的位置正確性。對(duì)檢具的檢驗(yàn)孔、型面、輪廓面、檢驗(yàn)樣板、數(shù)據(jù)采集裝置等進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)，保證檢具的精度。針對(duì)各項(xiàng)精度檢測(cè)，提交符合格式要求的測(cè)量結(jié)果報(bào)告。

2）在檢具制造過(guò)程中應(yīng)注意一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，如檢測(cè)銷繩子長(zhǎng)度應(yīng)控制好，備件和可移動(dòng)部件是否有存放的位置，滑動(dòng)配合部件應(yīng)靈活而無(wú)間隙，檢具本體樹(shù)脂上部分應(yīng)無(wú)油污，還應(yīng)注意銘牌、油漆及其他一些外觀問(wèn)題。

3）檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)有著至關(guān)重要的作用，檢具作為測(cè)量系統(tǒng)的一部分，自然其重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R）也是檢具檢測(cè)驗(yàn)收的一個(gè)重要方面，主要是采用均值和極差法進(jìn)行。