专业管理 | 汽车检具设计（系统数据）（合集）--IASC-CN特别提供
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机械系统的稳健设计
健壮性也变成了健壮性，是指对因变量（结果）发生微小变化的因素（原因）的不敏感，如产品性能对所用材料的劣化不敏感，可以在在某些情况下，使用更便宜或低档的材料可以使产品对制造尺寸不那么敏感，从而可以提高产品的可制造性并降低制造成本。例如，产品可以对使用环境的变化不敏感，以确保产品的不敏感。可靠性和运营成本的降低。根据这一指导思想，综合考虑产品性能、质量和成本，做出最佳设计，既提高了产品质量，又降低了成本。
鲁棒性设计是一种能够有效保证产品质量的新方法，近二十年来得到迅速发展。该方法目前受到许多工业化国家的高度重视和广泛使用。鲁棒设计的一个基本概念是：设计变量和噪声因素的变化会转移到设计函数中，导致质量指标和约束条件的恶化。同时，变异的统计分布也会影响设计函数的概率和统计特性。鲁棒设计的核心是优化设计问题，其目标是在满足约束条件的同时实现稳定的产品质量。
汽车检具设计的基本原则
汽车零部件的复杂形状很多，传统的测量方法无法检测到不规则的形状。汽车检具上模拟块的形状、尺寸和位置对制造要求很高，有时需要精确到0.05mm，甚至要求更高，所以汽车检具必须执行三-坐标测量，以确保其精度要求合格，还需要专业的设计师进行设计。
汽车零部件种类繁多，特异性强。大多数汽车检具属于非标设备。一般是根据试验内容和产品结构特点、企业生产条件和实际需要专门设计的。产品质量、开发周期、加工工艺等都有直接影响。事实表明，采用设计合理的检测工具进行在线检测，能够满足图纸尺寸要求，操作方便，实用性强。可以有效保证产品质量，大大提高劳动生产率，汽车检具的设计必须考虑几个基本要求和基本原则
一工艺原理
汽车检具 既要具有更好的性能，又要保证装配工艺的要求，同时力求结构简单、重量轻、操作时动作迅速、制造容易。
可制造性原则是指设计的检具能够满足产品的以下装配和检测要求
1 汽车零部件一般由单个或多个零部件组成。一些检查工具具有异常复杂的结构和各种操作顺序。目前人工检测的部分较多，设计时预留了一定的操作空间。
2 内饰件检查有一定的塑性变形。在检具设计中设置定位器和夹具时，充分考虑产品的变形区域和方向
3 检具作为高精度设备，对生产环境有一定的要求。生产车间难免会产生烟雾、金属或废料，会损坏检具裸露的光滑工作面，需采取遮盖等措施。
两个经济原则
在明确生产方案的前提下，分析产品检测的内容，然后根据产品的批量大小制定检具设计方案。实际的焊接工装一定很复杂。应根据工件的具体情况，推广小检具的效果和大效益。
例如，有些工装可以设计成只用于工件定位，其任务是将工件固定在规定的位置，而不用夹紧产品图纸和检验要求。检测时，只需将工件放入检测工具中，若能插入，即可判定产品合格。这种工装不仅能满足检验要求，还能提高生产效率，最大限度地降低加工操作的复杂性。
另外，在执行检具设计时，应尽量考虑使用通用的标准化组件，使之与检验具体有机结合，灵活运用这种设计方法可以简化检验工具，减少检具的生产成本，缩短加工周期。也可以保证检具的制作进度。在可能的情况下，尽量设计通用检具、组合检具或柔性检具。这些检测治具无需调整或微调，适用于同类工件的组装和检测。
根据产品生产方案，如果是批量生产，可以将现有设备稍加改造，成为特定结构件的专用机器，可以获得显着的经济效益。如有必要，可采用高度机械化和自动化。显着提高检测技术水平，从而增强企业的生产竞争力。
三个可靠性原则
可靠性是指产品在规定的时间内、规定的条件下完成规定功能的能力。它不仅直接反映了产品各个组成部分的质量，而且影响着整个产品的质量和性能。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。可靠性指标一般包括可靠性、无故障率和故障率。
检具必须具有安装可靠性，以确保检具使用期间所有受力部件应具有足够的强度和刚度检具设计，操作位置必须设置在工人易于接近的位置，以确保生产安全.
1 检具可靠性设计过程应遵循的原则
1） 可靠性设计要有明确的可靠性指标和可靠性评估方案
2） 可靠性设计必须贯穿功能设计的方方面面。在满足基本功能的同时，必须充分考虑影响可靠性的各种因素
3） 失效模式（即系统、组件、组件失效或失效的表现）应旨在最大限度地消除或控制产品生命周期中可能发生的失效（失效）模式程度
4） 在设计时，应在继承以往成功经验的基础上，积极采用先进的设计原则和可靠性设计技术。但在采用新技术、新部件、新工艺、新材料之前，必须先看实验，并严格证明其对可靠性的影响。
5） 在设计产品可靠性时，要权衡产品的性能、可靠性、成本、时间等因素，才能做出最佳的设计方案。
2. 检具可靠性设计的主要内容
1）建立可靠性模型并进行可靠性指标的预测和分配，在产品设计阶段要多次重复进行可靠性指标的预测和分配。随着技术设计、建模和可靠性指标分配的不断深入和成熟，设计也应不断修改完善
2） 进行各种可靠性分析，如故障模式影响和危机分析、故障树分析，发现和确定薄弱环节，发现隐患后，改进设计，消除隐患和薄弱环节。
3） 采用各种有效的可靠性设计方法，如制定和实施可靠性设计准则、降额设计、简单设计、耐环境设计等，并将这些可靠性设计方法与产品性能设计工作相结合，以减少故障率，最终达到可靠性要求。
四大艺术原则
要求检具设计具有漂亮的外观，在满足功能使用和经济许可的情况下，能够让操作者身心舒展，给人以美的享受。造型美法则是包括形式美法则，如变化与统一、平衡与稳定、比例与尺度、对比与协调等。 综合各种审美因素的审美原则，也是适应现代的审美原则。工业和科学技术。
造型设计原则：实用性至上，美观次要，经济为约束，工业产品造型设计首先要满足实用功能，设计的好坏不由设计者确定，最终由用户确定。产品一旦失去了使用功能，其艺术价值也会随之丧失，但使用功能和艺术造型是不能对立的。两者辩证统一。功能决定形状，形状表达功能，但形状既不是简单的功能块。组合不是杂乱的堆砌，而是基于人机系统的协调，运用通用的构图艺术规则和造型美的规则对其进行提炼和塑造，使功能更加合理，造型恰到好处。
检具设计基本步骤
汽车检具的设计过程也很复杂。如果你想设计一个合适的汽车检具，你必须考虑很多影响它的因素和很多相互依赖的参数。如果不了解它们之间的相互依存关系，就无法描述整个设计过程。工艺描述的基本要素是描述设计、制造和使用三大技术环节；如图，图中显示了检具设计系统各个因素的相互关系，从检具的构思到检具的完成，检具系统的设计流程如图数字。
技术人员根据生产需要按以下步骤操作检具设计
一） 明确设计需求，认真调研，收集设计资料
技术人员拿到检具设计的任务后，首先要根据任务书提出的任务，设计检具的结构。在进行检具的结构设计之前，必须明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料，并做好以下工作：
（1）仔细研究零件图及其技术要求和产品的详细检验内容
（2） 了解零件的生产量、生产节奏和频率等相关信息，
（3） 了解零件的工艺规程和此工艺的具体技术要求
(4） 了解本公司制造及使用检具的生产条件及技术状况
（5） 准备各种检具设计标准文件、工艺规程、典型检具目录和相关检具设计指导资料
（6） 收集国内外同类型检具的相关设计制造资料，吸收先进合理的能结合实际情况的部分。
此外，您可以根据设计需要，到市场、同类工厂、用户和科技情报部门进行调研，收集相关技术资料。技术资料包括检具零件标准、检具结构图、样品、图片等信息。另外，要与客户检具工程师和产品质量工程师认真沟通，征求他们的意见，以免走弯路，避免后期设计方案与客户要求不符或需要大改动。
二） 确定检查工具的整体结构
在上述调查研究和数据综合分析的基础上，在开始制定检具设计方案之前，必须构思和选择以下内容：
1） 车间机械化、自动化程度
2） 通用性，即确定其适用范围，是否可扩展
3） 实现某种功能的原理和相应的机制，如定位夹紧的方法和机制，检测的方法和机制
4） 检具的基本组成和总体布局，主要是零件的组合
通常提出不同的方案，从技术和经济两方面论证，选择比较理想的方案
根据检具设计的一般原则，检具的结构设计大致可以分为以下几种方案：
（1）确定定位方案（2）确定装夹方案（3)确定产品贴装方案（4)确定底板类型、材料和热处理（4)）5）确定测试）计划（6)确定搬运装置
三） 绘制检具图案
绘制检具装配图
四） 绘制检具零件图主要绘制检具中非标零件的工作图。拆解零件图的绘制顺序与总装图的绘制顺序相同。每个零件都必须在标准图纸上单独绘制。尽量使用1:1比例，第一视角投影图像，按国家绘图标准绘制，除绘制图形外，还要绘制图形、尺寸公差、表面粗糙度、形位公差、材料、热处理并应注明其他技术要求。
五） 校对
校对所有零件图和总图，从图形、尺寸、精度、技术要求等方面检查正确性和合理性，使零件图和总图充分协调。
六） 绘制检测工具数据
包括图纸测量计划、操作说明、MSA
检具设计还有一点很重要，它必须符合人体工程学。检具作为一种检测设备，需要工人操作，所以设计必须符合工人的操作习惯，使检具更实用，贴到前线。
人体工程学设计
人机工程学是将人、设备和环境视为一个系统，运用生理学、心理学、机械等相关学科的知识，根据人与机器的条件和特点，合理配置人与机器的运行功能，使其适应从而为人们创造一个舒适安全的工作环境，从而优化工作效率。
设计时要考虑的因素主要是人体尺寸、人体力学以及人体对各种信息的反应敏捷性。人体工程学中设定的标准是机器的大小、形状和力是否与人体相匹配，机器是否易于使用和使用方便，是否可以防止因误操作而造成的意外伤害和危险。用户在操作过程中。每个操作单元是否实用，每个部件的布置是否使其意义毋庸置疑，是否易于清洁、维护和维修等。
体现在具体设计上，要合理选择操作姿势。常见的操作姿势是站姿和坐姿。站立姿势活动范围大，容易发力，但对于需要精确观察、阅读和活动范围较小的任务，手动操作则选择坐姿。工作台的高度应根据人才的比例来设定。站立姿势工作台高度为人体高度的10/19（一般为800mm），坐姿为7/17.
在设计手柄时，要考虑手柄操作所需的力和手的活动范围不能太大，手柄的形状要便于操作和受力。
产品的取放应考虑手工右手习惯。一般左手做辅助活动，主力在右手。因此，检查工具的结构必须有合理的移动空间，以利于右手操作。
检具人体工学需要注意的问题
1.考虑到所有检测工具的正常手柄，耐用可靠的形式
2.尽量使用，防止意外撞击损坏检具的零件
3.转臂过长时，考虑操作时的安全性，增加限位销和缓冲装置，避免安全隐患
4. 设计两个或多个相邻的转动机构时，要求转动支架同向且水平（或以90度为增量偏转）。对于连接的模拟块，旋转中心应低于模拟块的最低点，以避免干扰零件
汽车检具 设计要求
一个好的汽车检具必须满足以下基本要求：
1） 保证汽车零部件质量的有效判断 保证汽车零部件质量的关键首先是根据产品图纸正确选择定位基准、定位方法和定位元件，必要时，根据积累的经验定位合理与否，使其具有恒定准确的定位基准，以保证最大的重复性和线性度，并注意检测工具中其他机构对检测功能的影响，注意检测刀具应具有足够的刚性。对于可重复使用的检具，应注意相关部件的强度和耐磨性，以保证检具的使用寿命。
2） 检查工具应满足生产力的要求。专用检查工具的复杂性应与生产程序相适应。尽量采用各种快速高效的安装机制，以保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。
3）具有良好工艺性能的专用检具结构力求简单合理，便于制造、装配、调整、检查和维修。专用检具的制造属于单件生产。当通过调整或修理保证最终精度时，检具应配备便于调整和修理的结构。
4）性能好的专用检具的操作要简单（包括产品拣选和检验、夹具的操作和搬运）、省力、安全、可靠。在客观条件允许和经济适用的情况下，应尽量采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。
5) 要适当提高检具部件的通用化和标准化，选用标准化部件，特别是商业标准部件，缩短检具制造周期，降低检具成本。
标准件选用原则：
在检具结构设计过程中，为了节省建模时间，缩短后期制造周期，需要选择合理的标准件进行设计。标准件的使用不仅要满足检具的功能要求，而且要更简单、更轻便。满足以下要求
1.在检具设计中，尽可能使用OEMs推广的标准件。一般来说，和大众一样，一般主机厂都有指定的标准件。这是验收的标准条件之一。
2.检具设计 在这个过程中，尽可能多地使用模块，但提倡新的结构设计和想法，如针规插入、L形襟翼支柱、复制机构、滑块机构、弹性. 测试等
3. 内外饰件采用标准铸铝底板：车身部件根据客户要求或零件要求采用钢焊接底板（需二次回火）
4. 如果客户没有指定标准件，可以按通行标准执行，适当简化零件结构，提高加工效率
检具设计时，除了四个基本要求外，还要考虑能够满足产品和过程质量的分析功能。例如：产品配合面、密封面、配合面、对中面、孔/槽等检具功能应符合产品质量要求。
检具生产的原则方向：原则上是根据零件的特性生产，尽量采用凸检，如图，生产时要考虑的要点：
检测零件时容易确定精度方向；考虑到成品内外饰的变形情况，方便取件，无干涉；尽量使用加载位置，可以组合起来更好地适应被测件、量具使用等相对加载位置偏差，必须以90为增量作为相位差偏差；各配套件的检具生产方向尽量一致，便于问题分析
检具设计概念确认
通常，重要零件的检具计划需要得到 OEM 的批准。在开始设计之前，应该举行一次设计概念的初步会议。主要参加人员：供应商检具工程师、检具设计及制造商代表。
设计概念应包括详细的检查工具草图和书面说明，以便能够遵循检具设计。设计概念不必像完成的设计那样详细，但应包括以下信息。
1） 对于被测件与检具底座的位置关系，最好使用加载装置。然而，其他位置可能更适合被测件检测工具的使用（即第一使用位置）。如果相对于装载位置太高，则应以 90 度的增量偏转。
2） 定位基准平面图应与几何和公差图纸一致，可使用附带的基准垫
3）支持被测部件的量具和设备
4）检查零件和设备以测试以下功能
5）关键产品特性 (KPC) 产品质量特性 (PQC) 过程监控点 (PMP)
6） 使用的材料应根据检测工具的用途和环境而定，以确保零件在当前生产的有效期内的功能性、重复性和线性度。如果适用，匹配或相邻部分的轮廓形状或线条特征
7） 设计理念应考虑操作者的人体工程学、被测部件的装拆方便、三坐标检测和SPC数据采集的可行性，当检测工具用于全球车辆时项目，应考虑操作者的习惯（使用地区语言）
8） 基准选择：
尽量选择零件的重心方向作为主要基准面，以利于零件的稳定放置
使用3个或更多点作为主基准面，在基准总数尽可能少的前提下，保证零件的稳定性
所有主基准必须具有相同的特征
选择第二个和第三个基准平面的顺序
孔定位选择四向销，槽口定位选择二向销。槽的方向必须平行于第二个基准平面
选择2个双向销作为槽定位，且2个平行槽必须平行于第二个基准平面，另外1个点必须在第三个基准平面上
选择 4 向销作为孔定位，并在轮廓或周边上再选择 1 个点
在第二个基准平面上选择 2 个点，在第三个基准平面上选择 1 个点
六点定位原理
在进行检测作业时，首先要确定工件在检测工具中的位置。并且在测量和检验过程中，一直保持在原来的位置，按照图纸要求得到工件位置的过程称为定位。在检测过程中将工件保持在一定位置的过程称为装夹。
为了获得工件在检具中所需的确定位置，需要研究物体在空间中的位置是如何确定的。尚未定位的工件的位置是不确定的。这种位置的不确定性，称为自由度。
如图，将未定位的工件置于空间直角坐标系中，用X、Y、Z三个相互垂直的坐标轴来描述工件位置的不确定性，长方体可以沿X、Y、Z轴移动。有不同的位置，还可以绕XYZ轴自由旋转，共有六个自由度。
工件的正确定位首先要限制工件的自由度。当消除这六个自由度时，物体在空间中的位置就完全确定了，所以自由度也是决定物体在空间中位置的独立参数。
如图，如果在XOY平面上放置一块板B来支撑物体A，那么物体A在这个平面上只能沿OX轴和OY轴移动，绕OZ轴旋转，而不能移动并沿 OZ 轴旋转。OX轴和Oy轴旋转，否则物体A会离开板B。这说明支撑板B消除了物体A的三个自由度。如果两个挡块1和2放在物体的xoz平面上物体A，物体A不能沿OY轴移动，也不能绕OZ轴旋转。消除了两个自由度。
最后，只要在物体A的ZOY平面上设置挡块3，消除物体沿OX轴的运动自由度，就确定了物体A的空间位置。
由几何可知，3个点可以确定一个平面，可以用3个定位支撑点4、5、6代替图中的支撑板B，同时用挡块1、2、3作为定位支撑点，使一个定位支撑点平均消除一个自由度，所以物体的空间位置需要按图纸排列的六个支撑点来消除物体运动的六个自由度。这样，六个支撑点被适当分布以限制六个工件。自由原理叫做六点定位原理
从图中可以看出，XOY平面上有3个支撑点，XOZ平面上有2个支撑点，ZOY平面上有1个支撑点。
上面有三个支撑点的平面称为安装基面。支撑点的分布必须适当，否则六个支撑点不能限制工件的六个自由度。在这个面上，三个支撑点不能支撑在一条直线上。攻丝工件的重心必须落在这三个支撑点为顶点所形成的三角形内。三个定位支撑点之间的距离越大，安装基面越大，工件安装的稳定性和相对位置精度。因此，应选择工件轮廓尺寸最大的表面与安装基面接触。
带有两个定位支撑点的平面称为导向基面。这两个支撑点的连线应平行于安装基面，两点之间的距离越远，安装精度越好。因此，应选择工件尺寸最长的表面与导轨基面接触。有定位支撑点的平面称为定距基面。显然，安装定位支撑点不需要很大的面积和长度，所以工件通常选择较小的表面与固定基面接触。
二、工件在检具中的定位方法
如上所述，在检测操作中，根据图纸的要求获得工件在检测工具中确定的位置的过程称为定位。要获得工件在检具中的确定位置，必须遵循物体定位的六点定位原则。
产品定位中的约束分析
检具设计在初始阶段，首先要分析产品图纸的定位系统。定位系统的稳定性不仅影响产品的生产和装配，而且在后期使用检具时可能会影响零件的测量结果不稳定。
六点定位原理可用于分析判断检具中的定位结构是否正确，布局是否合理，是否满足约束条件。
根据工件自由度的约束，工件的定位可分为以下几种类型
1） 完全定位 完全定位是指工件的六个自由度不受重复约束的定位。工件在X、Y、Z坐标方向时，有尺寸要求或位置精度要求。
2） 工件不完全定位的限制自由度数小于6
3） 定位不足
4） 超定位定位元件在同一自由度内反复限制产品方向的定位状态称为超定位。是否允许使用这种定位状态主要从其后果来判断。当过度定位导致产品变形或产品与定位元件干涉时，明显影响产品的贴装状态，不能使用过度定位。
消除或减少过度定位引起的干扰检具设计，一般有两种方法；一是改变定位元件的结构，如减少定位
量具中典型的 3-2-1 定位原理
汽车工业是各个工业化发达国家的支柱产业之一。作为汽车结构的重要组成部分之一，检具设计的质量决定了车身质量的主要原因。据美国汽车工业统计，72%的车身误差是由于焊接夹具的定位误差造成的。
车身主要由许多冲压件组装而成。薄壁零件占白车身总成的 70% 以上。由于薄壁板刚性差，容易变形，在检验过程中通常采用多点定位夹具。紧固，确保焊接位置各部分的配合。由于薄壁的柔韧性大，在加工载荷下容易变形。一个更好的定位系统对零件的稳定性有很大的影响。
对于定位面1-3的定位，尽量保证定位块与支座平面垂直。当不能保证定位块与钣金平面垂直时，允许钣金定位块呈小角度。理论上，3个定位面可以定位一个面。钣金件使用3个定位面时，钣金件可能无法顺利放置。因此，有时会增加辅助定位面，以保证钣金件的平稳放置。当350MM内没有夹紧装置时，产品放置时会晃动，所以需要加装夹紧装置来放置产品，防止产品晃动，或者理论定位面之间有间隙，检测时测量结果不准确。. 总结以上两点，在实际生产中，大型钣金件和复杂塑料件的定位面多于3个，但有4个以上。这种情况是过度定位，但这是允许的。
3-2-1定位原则是限制产品在空间六自由度的最基本条件。根据零件的特性，在汽车检具中允许超出3-2-1原则的过度定位，以保证零件定位的可靠性。
3-2-1原理的典型定位方法如下
3-2-1定位原理的含义是三个定位面，两个定位孔，定位孔的中心连成一条线。这种定位原理是常用的。
3-2-1 定位原理： 3-2-1 定位原理是限制产品在空间六自由度的最基本条件。根据零件的特性，检具上允许超出3-2-1原则的过度定位。为保证另一箱的定位可靠性，三个定位面控制产品最大投影面的方向，两个圆心控制产品的垂直方向和旋转，四位定位销（孔)控制乘积的左右方向，依次为3。-2-1. Benchmark A 首先约束三个自由度，然后添加一个基准 B 来约束它的 2 个自由度，然后添加一个基准 C 来约束一个自由度。
产品在检具中的定位
在装配过程中，确定待安装零件与零部件相互位置的过程称为定位。通常的做法是根据产品图纸分析确定定位基准，然后根据相应的生产要求考虑其定位方法。
划线定位是原始的定位方式，费时费力，精度低。仅用于单件生产，精度要求不高的情况。在检具组装过程中，常采用定位元件进行定位，既快速又准确。定位元件 是用来限制产品在检具上的位置的装置，如定位块、定位销、型材面等，它们必须根据定位原理、产品定位基准准确地排列在检具上和工艺要求，然后将每个安装好的零件按一定的顺序放置在定位元件的指定位置（相互接触）完成定位。
1） 定位基准的选择 确定位置和尺寸的依据称为基准，可以是点、线或面。按用途可分为设计参考和工艺参考。过程参考又分为定位参考、装配参考和测量参考。根据定位原理，定位基准分为主定位基准、辅助定位基准、辅助定位基准等基准。在检具上定位时，产品的定位基准必须与检具上的定位元件接触或重合。正确选择产品的定位基准，可以获得准确、稳定、可靠的定位，
基准的重要性
三坐标测量的零件尺寸报告结果OK，但检具检测结果为NG，或检具检测的零件状态正常，但该零件的三坐标检测结果为NG -尺寸测量为NG，这种情况下，无法判断零件是否合格。针对此类问题，我们将整理出以下步骤；
首先，在测量零件时需要检查三坐标选择的测量基准与检具选择的定位基准是否完全一致。大多数情况下，通过分析这一点，问题基本可以解决。
其次，如果基准一致，就要检查检具的检测尺寸是否符合图纸要求
第三，如果以上都符合要求，则需要重新测量零件以考察零件测量的重复性。如果结果与第一个没有显着差异，则说明检具有问题，检具可能已失效。精度发生了变化。
在选择和设计定位元件时，定位元件的选择和设计应考虑与产品定位基准的条件相适应。产品的形状多种多样，但其基本结构由平面、圆柱面、圆锥面和各种形状组成。可以选择这些表面作为定位基准。因此，您可以根据不同形状的定位基准选择或设计相应的定位元件。
