白车身四门总成柔性测量支架设计和应用研究

  临窗观景        2019-11-19 17:34:27

白车身四门总成的专用检测工装有传统检具和专用测量支架,传统检具定位采用门内板零件2个孔和4个面来控制零件X、Y、Z方向自由度,周圈设置仿型检测块检测零件平面度和间隙,对铰链安装孔、门锁安装孔和重要功能孔进行检测(见图1)。测量人员通过面差表和间隙尺对零件面差和间隙进行测量,关键孔通过插销判定是否合格,最后将测量数据填入零件检测表,统计零件符合率,判定零件尺寸是否满足装车要求。

白车身四门总成柔性测量支架设计和应用研究

注:A1、A2、A3和A4表示零件定位面基准,B和C表示主、副定位销基准。


传统检具的局限性为人工检测效率低和读数稳定性差。同一个零件多次检测或不同人员检测的结果都不一致,重复性较差,3个人测量同一个前门总成零件的同一位置面差,测量值依次为-0.24、-0.15、-0.22mm。同一个检测点3次测量的误差最大为0.09mm,零件合格公差带为1mm。每次测量的位置都有差异,这导致前门与翼子板、前门与后门的外观匹配以及数据分析存在差异。


四门总成专用测量支架设计以零件图和RPS点为依据,由80mm×80mm型材、与型材相匹配的连接板、夹紧器以及标准件构成的框架式检测工装。测量支架根据零件RPS点设计主、副定位孔和定位面以控制零件自由度,零件旋转90°放置,门外板表面朝上,保证零件定位稳定、无晃动。支架四周设计4个基准球,用于三坐标设备建立坐标系。每个定位面采用夹紧器压紧,避免夹紧器与零件产生干涉,方便操作。门内板最低点距离支架表面控制在500mm左右,以确保三坐标探头可以检测门内板关键安装面和密封面,预留测量空间在UG或Catia软件模拟测量。


测量支架骨架由型材装配而成,其功能为实现RPS点、夹紧点等安装,确保整车坐标系的位置,实现搬运、起吊等功能,要求能实现支架通过行车或液压小车整体移动。测量支架骨架要具有足够的强度和刚度,在正常试用下不能产生变形,以免影响精度,结构如图2所示。

白车身四门总成柔性测量支架设计和应用研究

四门总成专用测量支架相对常规检具精度更高,零件测量精度可控制在0.02mm以内,同时对测量环境要求严格:温度为(20±2)℃,湿度为55%~65%,远离震源。其局限性为占用空间较大,每个车型都需单独开发专用支架,成本较高,内板关键面和重要安装孔测量空间较小,影响三坐标测量效率。


柔性测量支架设计

白车身四门总成柔性测量支架设计和应用研究


不同车型四门总成的定位基准不同,专用测量支架只能测量单个车型四门总成。柔性测量支架设计阶段要考虑更多因素,主要包括支架能否满足多个车型的四门总成检测、能否定位稳定、调整机构是否标准化。柔性支架主要由支撑组件、调整机构和定位机构组成,如图3所示。


支撑组件


支撑组件是支架的底座,由80mm×80mm的单层型材组成,支架尺寸1200mm×350mm×450mm。支架强度较好,长度方向能保证MPV、SUV和轿车等四门总成检测,保证支架通用性。组件中部设计4个600mm×400mm规格的锁紧结构,锁紧手轮由ϕ16mm定位销和M12mm螺纹组成,用于支架安装在三明治板(安装在三坐标测量机的平台上,用于支架连接和三坐标测量)上进行测量,保证每次安装位置相同。


调整机构


调整机构由X向滑轨组件和Z向滑轨组件组成,用于连接支架定位机构,滑轨行程确定了支架的柔性活动空间。X向滑轨用于连接支架Z向定位机构,滑动空间为1200mm,滑轨上部设计2个滑块,可以实现X向自由活动。Z向滑轨用于连接支架Y向定位机构,滑动空间为350mm,滑轨上部设计1个滑块,可以实现Z向自由活动。


定位机构

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专用支架是根据零件RPS制作的支架定位基准,柔性支架定位不需考虑零件定位,只需考虑零件定位是否稳定、晃动,满足零件3-2-1原则(即零件定位法则,通过面和点控制零件自由度,确保零件定位合理和稳定),约束零件6个空间自由度。支架Z向采用2个V形块定位,材料为聚氨酯,安装在调整机构X向滑轨上,2个V形块的间距根据门类零件长度进行设置。Y向采用圆球式定位块定位,并在连接块上设计弹簧拉紧组件,用于固定零件。X向采用边定位结构定位,设计ϕ10mm圆柱销与门板棱线接触,如图4所示。


柔性测量支架特点和应用


特点


柔性测量支架主要有以下5个特点。


(1)通用性强。柔性测量支架可满足多个车型的四门总成检测。


(2)测量精度高。专用测量支架通过4个基准球建立的坐标系对四门总成进行测量,而柔性测量支架通过门内板主、副定位孔和4个主型面建立坐标系,直接在零件上建立坐标系,去除了基准转换的误差。


(3)投资费用和占用空间小。柔性支架可以对多个车型的四门总成进行测量,避免了每个车型都开发专用测量支架,减少了投资费用和存放空间。


(4)测量效率高。常规检具检测一个四门总成和手工统计数据共需45min,而柔性测量支架测量只要30min,工作时间缩短1/3。


(5)零件测量区域最大化。柔性测量支架将四门总成模拟车身状态放置,更接近实车状态,门内板关键匹配面和安装孔与门外板型面和棱线可实现最大化测量。


应用


四门总成的专用测量支架和柔性测量支架都是利用三坐标设备进行测量,柔性测量支架可以放置在龙门三坐标和双悬臂三坐标上使用,其4个锁紧手轮配合三明治板使用,位置可随着三明治板200mm×200mm的孔间距自由活动,如图5所示。

白车身四门总成柔性测量支架设计和应用研究


柔性测量支架通过零件特征建立迭代坐标系,先选中零件4个矢量方向一致和精度较高的点建立一个平面,优先选取内板RPS点;再选取2个孔来确定轴向,优先选取内板主、副定位孔。通过选中的点、孔与零件数模中的点进行匹配和迭代,达到坐标系重合的目的,此时零件坐标系建立完成,坐标系原点为车身坐标系原点(X0,Y0,Z0)。


零件测量的方法有2种:①直接在总成上选取测量点进行测量,三坐标设备第一次测量会花费较长时间进行验证和编程;②将数模中设置的3D测量点导入测量软件,三坐标设备按照数模中的点自动测量。方法②有利于保证测量点的一致性,包括前、后门匹配点也可以相互对应。测量结束后按照GD&T图纸的定义设定每个测量孔和匹配面的公差,然后导出标定报告。总成整改和外观匹配问题整改可以根据三坐标报告进行分析,保证总成满足装车需求。


▍原文作者:陶彬彬,赵明,周辉

▍作者单位:奇瑞商用车(安徽)有限公司

来源: 陶彬彬 模具工业

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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