劉琴 張翔

摘要：儀表板支架組件檢具是檢測、監(jiān)控儀表板支架組件零件制造尺寸而設(shè)計的專用檢具。本文通過對儀表板支架組件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對檢具的整體外形尺寸和材料、主副定位和定位面以及針對孔檢測、面檢測的等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，并對檢具設(shè)計制造中的常見問題和對應(yīng)措施進(jìn)行了分析。本研究對檢具設(shè)計和加工制造人員選用合適設(shè)計方案，減少儀表板支架組件檢具設(shè)計制造問題，以及提高儀表板支架組件檢具使用壽命提供了參考。

關(guān)鍵詞：儀表板支架組件；檢具；定位設(shè)計；檢測設(shè)計

中圖分類號： U467.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

儀表板支架組件是汽車車身件中的一個關(guān)鍵零件[1]。它是儀表板系統(tǒng)的內(nèi)部骨架，儀表板大部分安裝點都在儀表板支架組件上，起到支撐儀表板系統(tǒng)的作用。它也是儀表板系統(tǒng)與白車身總成的連接支架。一旦儀表板支架組件尺寸不合乎標(biāo)準(zhǔn)，要么出現(xiàn)儀表板系統(tǒng)相關(guān)零部件無法裝配到儀表板支架組件上，要么是儀表板支架組件無法裝配到車身上。

為避免出現(xiàn)上述裝配問題，要求儀表板支架組件尺寸必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。為了快速測量儀表板支架組件的零件尺寸，零部件供應(yīng)商都會開發(fā)制作儀表板支架組件專用檢具。本文主要介紹儀表板支架組件檢具的設(shè)計開發(fā)過程，以及儀表板支架組件檢具設(shè)計制造經(jīng)驗教訓(xùn)。

1 儀表板支架組件檢具設(shè)計概念

儀表板支架組件主要由左右安裝端板、轉(zhuǎn)向管柱安裝支架、儀表板安裝支架、空調(diào)箱安裝支架、雜物箱安裝支架、安全氣囊安裝支架、前隔板固定支架、一些功能模塊安裝支架以及連接以上支架的圓管橫梁組成（圖1）。而儀表板支架組件檢具的設(shè)計，主要是以儀表板支架組件數(shù)模、圖紙以及客戶的檢具設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)[2]。

首先，要考慮儀表板支架組件零件與檢具基座的位置關(guān)系。一般會選擇零件的裝車位置，這樣有利于零件裝配問題分析。其次，要確定檢具外形尺寸。檢具的長和寬主要由零件外形尺寸確定，其中，檢具的長度按零件長度左右各加上200.0 mm設(shè)計；檢具寬度以前后檢測機構(gòu)打開不超出檢具底板，并方便零件裝配為原則設(shè)計；檢具的高度設(shè)計要符合人機工程，為了檢驗員方便操作使用，檢具設(shè)計高度一般為零件圓管橫梁到地面高度（800.0 mm 左右）。

儀表板支架組件零件較重，且零件設(shè)計結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，檢測取放過程難免與檢測塊磕碰。為了避免檢具使用過程中造成變形或者碰傷，儀表板支架組件檢具底板和檢測塊材質(zhì)均選擇45 號鋼[3]。

2 儀表板支架組件定位設(shè)計分析

2.1 儀表板支架組件主副定位設(shè)計

儀表板支架組件檢具的主副定位主要有2 種結(jié)構(gòu)[4] ：一種是2 個基準(zhǔn)孔定位，另一種是2 個定位銷定位。目前一般商用車儀表板支架組件的主副定位設(shè)計采取孔定位，乘用車儀表板支架組件主副定位設(shè)計采取銷定位。

孔定位檢具設(shè)計結(jié)構(gòu)有2 種：第1 種是2 個基準(zhǔn)孔均設(shè)計成固定結(jié)構(gòu)；第2 種是1 個基準(zhǔn)孔設(shè)計成固定結(jié)構(gòu)，另一個基準(zhǔn)孔設(shè)計成活動插銷。固定結(jié)構(gòu)鎖緊形式也有2 種結(jié)構(gòu)（圖2），考慮到零件本身重量，推薦使用螺母背面鎖緊的結(jié)構(gòu)；而活動插銷結(jié)構(gòu)為前導(dǎo)向銷（圖3）。

銷定位檢具設(shè)計結(jié)構(gòu)基本上都是統(tǒng)一的。主定位銷控制2 個方向，主定位銷設(shè)計為圓形襯套；副定位銷控制一個方向，襯套設(shè)計成腰形襯套。定位銷有效定位長度要求會在幾何公差圖（GD&T 圖）上有要求，基本統(tǒng)一為5.0 mm，有一些設(shè)計要求有效定位長度為1.5 mm 或10.0 mm。

2.2 儀表板支架組件面定位設(shè)計

基準(zhǔn)面都設(shè)計在儀表板支架組件左右安裝端板上，基準(zhǔn)面大小根據(jù)零件裝配配合面大小設(shè)計成正方形或長方形。夾緊方式基本都是快速夾鉗，除了少數(shù)車型由于兩端支架結(jié)構(gòu)不同，操作空間限制，采用螺紋擰緊方式。

由于孔定位和銷定位結(jié)構(gòu)不一樣，快速夾鉗的夾緊設(shè)計結(jié)構(gòu)也會不一樣。目前設(shè)計有5 種結(jié)構(gòu)：①為避讓開基準(zhǔn)銷或檢測銷，夾頭設(shè)計成馬蹄形結(jié)構(gòu)（圖4a）；②為避讓開檢測銷，夾頭設(shè)計成套筒結(jié)構(gòu)（圖4b）；③夾頭套筒增加了觀察孔，方便觀察（圖4c）；④為避讓開檢測銷，夾頭設(shè)計成卡爪形結(jié)構(gòu)（ 圖4 d ）；⑤基準(zhǔn)面設(shè)計成中間避空的正方形結(jié)構(gòu)，由于零件結(jié)構(gòu)限制，所以采用了螺紋擰緊方式夾緊（圖5）。

3 儀表板支架組件檢測設(shè)計分析

儀表板支架組件是乘用車結(jié)構(gòu)中非常重要的部分，它很大程度上決定了儀表板的功能性要求，裝配尺寸精度要求比較高。儀表板支架組件檢具可實現(xiàn)儀表板支架骨架結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵孔位的檢測，儀表板支架組件焊接完成后成品的安裝面輪廓度以及關(guān)鍵孔位的位置度檢測。

3.1 轉(zhuǎn)向管柱區(qū)域檢測

目前根據(jù)車型不同，儀表板支架組件上轉(zhuǎn)向管柱的支架有2種結(jié)構(gòu)：一是轉(zhuǎn)向管柱安裝在1 個支架上；二是轉(zhuǎn)向管柱安裝在2 個支架上。

3.1.1 轉(zhuǎn)向管柱安裝在1 個支架上

對于1 個支架的轉(zhuǎn)向管柱支架結(jié)構(gòu)，圖紙要求對其檢測項目有4 個螺母孔位置度檢測、4 個螺母孔相對位置檢測以及4 處轉(zhuǎn)向管柱安裝面檢測。因此，對于該種支架的檢測結(jié)構(gòu)有3 種設(shè)計方案，分別為滑移機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和固定結(jié)構(gòu)。

滑移結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖6a 所示，檢測塊通過滑軌滑到工作狀態(tài)，限位固定開始檢測。檢測銷、劃線銷采用插拔銷機構(gòu)，面檢測塊到零件表面標(biāo)準(zhǔn)間隙為5.0 mm。目前車型儀表板支架組件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，因此從操作使用便利性方面，推薦使用滑移機構(gòu)檢測。

翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖6b 所示，檢測塊通過翻轉(zhuǎn)機構(gòu)連接，翻轉(zhuǎn)鎖緊到工作狀態(tài)。檢測銷、劃線銷采用插拔銷機構(gòu)，面檢測塊到零件表面標(biāo)準(zhǔn)間隙為5.0 mm。翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)相對滑移機構(gòu)操作復(fù)雜，其優(yōu)點是耐用性好。固定結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖6c 所示，檢測塊固定在支座上，檢測銷、劃線銷設(shè)計在一起，一端作為檢測銷，一端作為劃線銷。某些車型的儀表板支架組件結(jié)構(gòu)比較簡單，因此將轉(zhuǎn)向管柱支架檢測機構(gòu)設(shè)計成固定結(jié)構(gòu)，不影響取放零件?？紤]到操作安全性，目前已經(jīng)很少使用此種結(jié)構(gòu)。

3.1.2 轉(zhuǎn)向管柱安裝在2 個支架上

對于2 個支架的轉(zhuǎn)向管柱支架結(jié)構(gòu)，圖紙要求檢測項目有4個孔位置度檢測、2 個螺母孔相對位置檢測、2 個孔同軸度檢測和轉(zhuǎn)向管柱安裝面檢測。因此，對于該種支架的檢測結(jié)構(gòu)有2 種：滑移機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

2 個支架的轉(zhuǎn)向管柱支架檢測滑移結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖7a 所示，檢測塊通過滑軌滑到工作狀態(tài)，限位固定開始檢測。檢測銷、劃線銷采用插拔銷機構(gòu)，面檢測塊到零件表面標(biāo)準(zhǔn)間隙5.0 mm。

2 個支架的轉(zhuǎn)向管柱支架檢測翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖7b 所示，檢測塊通過翻轉(zhuǎn)機構(gòu)連接，翻轉(zhuǎn)鎖緊到工作狀態(tài)。檢測銷、劃線銷采用插拔銷機構(gòu)，面檢測塊到零件表面標(biāo)準(zhǔn)間隙5.0 mm。翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)相對滑移機構(gòu)操作復(fù)雜，優(yōu)點是翻轉(zhuǎn)機構(gòu)耐用。

不管是滑移結(jié)構(gòu)還是翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，與轉(zhuǎn)向管柱總成匹配面檢測塊設(shè)計有一些差異。檢測塊有設(shè)計在零件內(nèi)部的，也有設(shè)計在零件外側(cè)的（圖8）。2 種結(jié)構(gòu)比較，檢測塊設(shè)置在零件內(nèi)部，可以連接在滑移機構(gòu)上，操作方便。

3.2 其他區(qū)域檢測

儀表板支架組件都是在橫梁上焊接各種功能的小支架，其檢測結(jié)構(gòu)的設(shè)計基本與轉(zhuǎn)向管柱支架的檢測結(jié)構(gòu)一致，因此檢測結(jié)構(gòu)主要設(shè)計有滑移機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和固定結(jié)構(gòu)3 種。檢測面大小設(shè)計按支架裝配面大小設(shè)計，要求不能超出裝配面，也不能小于裝配面。各種位置度的檢測結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介如下。

螺母孔/ 光孔位置度檢測：檢測銷、劃線銷分開設(shè)計，結(jié)構(gòu)如圖9 所示。

刺破孔/ 異型孔檢測：不需要劃線銷檢測，只需要檢測銷檢測，采用彈簧銷方便操作（圖10）。需要注意的是，檢測銷檢測方向與沖孔方向一致。

螺柱檢測：采用套筒彈簧銷檢測，方便操作檢測（圖11）。

4 儀表板支架組件檢具設(shè)計制造經(jīng)驗教訓(xùn)

儀表板支架組件檢具的設(shè)計制造也出現(xiàn)過一些問題[5]，下面具體介紹一些設(shè)計制造問題，給后續(xù)同類檢具設(shè)計制造參考。

4.1 基準(zhǔn)面夾鉗夾不穩(wěn)

對于基準(zhǔn)面夾鉗夾不穩(wěn)問題，分析其主要原因如下。

（1）壓緊力過小，造成被測零件定位不穩(wěn)。

（2）壓緊點位置偏離定位面中心，造成被測零件定位有偏擺。

（3）基準(zhǔn)面過小，造成定位不穩(wěn)或有偏擺。

（4）壓緊力方向沒有垂直于基準(zhǔn)面。

針對基準(zhǔn)面夾鉗夾不穩(wěn)的原因，可采取如下措施。

（1）盡量采用快速夾，調(diào)整適合的壓緊力。如用彈簧壓緊，通過調(diào)整彈簧壓縮量提高壓緊力，或者更換彈簧提高壓緊力。

（2）調(diào)整壓頭，確保壓緊點位于基準(zhǔn)面中心位置。

（3）基準(zhǔn)面設(shè)計大小應(yīng)取覆蓋實際裝車匹配面大小。

（4）調(diào)整壓緊力方向垂直于基準(zhǔn)面。

4.2 檢具活動機構(gòu)與被測零件干涉

對于檢具活動機構(gòu)與被測零件干涉，分析其主要原因為檢具活動機構(gòu)較多，檢測項多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，翻板易與零件干涉。對此可采取的措施為：檢具設(shè)計完成前需對檢具進(jìn)行模擬拆裝，以及活動件運動軌跡與被測零件的干涉檢查；制造驗收時，結(jié)合被測零件實際操作檢具，確認(rèn)是否有干涉發(fā)生。

4.3 檢測操作效率低

某些車型儀表板支架組件前部的檢測結(jié)構(gòu)全部為翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，檢測操作效率低，分析主要原因是設(shè)計時未考慮檢測操作方便性。對此應(yīng)及時更新設(shè)計，將前部翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計成滑移機構(gòu)。

4.4 檢具發(fā)生變形

某些車型儀表板支架組件檢具上，起關(guān)鍵支撐的3 個立柱材質(zhì)為鋁材，主定位銷安裝塊固定到鋁制立柱上，受力較大，時間長容易變形。分析主要原因是設(shè)計時未考慮零件材料，儀表板支架組件是鐵件不是塑料件，且質(zhì)量大。對此應(yīng)及時更新設(shè)計，將關(guān)鍵支撐設(shè)計成焊接鋼支座，重新加工更換。

4.5 孔位無法檢測

某車型儀表板支架組件檢具預(yù)驗收時，發(fā)現(xiàn)檢測銷限位套太長，導(dǎo)致孔位無法檢測。分析主要原因是在設(shè)計檢測銷時不帶限位套結(jié)構(gòu)，而在裝配時裝配了限位套，卻未用零件調(diào)試，確認(rèn)檢測銷的檢測行程。對于此類問題，可以適當(dāng)削短限位套長度，或者重新調(diào)整限位套長度。而對于其他項目的設(shè)計，應(yīng)考慮根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)限位套的長度設(shè)計合適的檢測銷。

5 結(jié)束語

本文主要對儀表板支架組件的檢具設(shè)計進(jìn)行了研究。通過對檢具安裝孔、匹配面位置的設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，闡明了設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點。同時，通過對儀表板支架組件檢具的一些常見設(shè)計制造問題分析，找到問題發(fā)生的原因并給予對應(yīng)的措施，可以給設(shè)計工程師和加工制造人員提供參考，避免同類問題的發(fā)生。

儀表板支架組件檢具設(shè)計依據(jù)的是零件數(shù)模、圖紙要求以及客戶的檢具設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)，不同的汽車企業(yè)，檢具設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)會略有差異，因此檢具供應(yīng)商在設(shè)計制造前要熟悉客戶要求。隨著技術(shù)進(jìn)步，汽車檢具行業(yè)的設(shè)計制造水平也在不斷推陳出新，儀表板支架組件檢具設(shè)計制造質(zhì)量也在不斷進(jìn)步。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 亓楠. 汽車儀表板橫梁設(shè)計優(yōu)化研究[J]. 汽車工業(yè)研究，2022（03）：53-57.

[2] 史貞緒， 于建華. 探討檢具設(shè)計[J]. 科技與企業(yè)，2014（09）：354-355.

[3] 溫培康. 汽車檢具輕量化應(yīng)用探討[J]. 時代汽車，2020（11）：134-135.

[4] 張少輝， 甘國輝. 淺談汽車車身沖壓焊接件檢具的設(shè)計開發(fā)[J]. 裝備制造技術(shù)，2011（06）：59-61+64.

[5] 石玫， 袁曉波， 劉毓文， 等. 儀表板橫梁焊接總成檢具設(shè)計及總成質(zhì)量控制[J]. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2013，26（04）：48-49+57.

作者簡介：

劉琴，本科，高級工程師，研究方向為樣車質(zhì)量管理。