儀表板支架組件檢具設(shè)計(jì)

摘要：儀表板支架組件檢具是檢測(cè)、監(jiān)控儀表板支架組件零件制造尺寸而設(shè)計(jì)的專用檢具。本文通過對(duì)儀表板支架組件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)檢具的整體外形尺寸和材料、主副定位和定位面以及針對(duì)孔檢測(cè)、面檢測(cè)的等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)檢具設(shè)計(jì)制造中的常見問題和對(duì)應(yīng)措施進(jìn)行了分析。本研究對(duì)檢具設(shè)計(jì)和加工制造人員選用合適設(shè)計(jì)方案，減少儀表板支架組件檢具設(shè)計(jì)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(jì)；檢測(cè)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： U467.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

儀表板支架組件是汽車車身件中的一個(gè)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(diǎn)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(wú)法裝配到儀表板支架組件上，要么是儀表板支架組件無(wú)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(cè)量?jī)x表板支架組件的零件尺寸，零部件供應(yīng)商都會(huì)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(jì)開發(fā)過程，以及儀表板支架組件檢具設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

1 儀表板支架組件檢具設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)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(huì)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(zhǎng)和寬主要由零件外形尺寸確定，其中，檢具的長(zhǎng)度按零件長(zhǎng)度左右各加上200.0 mm設(shè)計(jì)；檢具寬度以前后檢測(cè)機(jī)構(gòu)打開不超出檢具底板，并方便零件裝配為原則設(shè)計(jì)；檢具的高度設(shè)計(jì)要符合人機(jī)工程，為了檢驗(yàn)員方便操作使用，檢具設(shè)計(jì)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(jì)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，檢測(cè)取放過程難免與檢測(cè)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(cè)塊材質(zhì)均選擇45 號(hào)鋼[3]。

2 儀表板支架組件定位設(shè)計(jì)分析

2.1 儀表板支架組件主副定位設(shè)計(jì)

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(gè)基準(zhǔn)孔定位，另一種是2 個(gè)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(jì)采取孔定位，乘用車儀表板支架組件主副定位設(shè)計(jì)采取銷定位。

孔定位檢具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有2 種：第1 種是2 個(gè)基準(zhǔn)孔均設(shè)計(jì)成固定結(jié)構(gòu)；第2 種是1 個(gè)基準(zhǔn)孔設(shè)計(jì)成固定結(jié)構(gòu)，另一個(gè)基準(zhǔn)孔設(shè)計(jì)成活動(dòng)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(dòng)插銷結(jié)構(gòu)為前導(dǎo)向銷（圖3）。

銷定位檢具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)基本上都是統(tǒng)一的。主定位銷控制2 個(gè)方向，主定位銷設(shè)計(jì)為圓形襯套；副定位銷控制一個(gè)方向，襯套設(shè)計(jì)成腰形襯套。定位銷有效定位長(zhǎng)度要求會(huì)在幾何公差圖（GDamp;T 圖）上有要求，基本統(tǒng)一為5.0 mm，有一些設(shè)計(jì)要求有效定位長(zhǎng)度為1.5 mm 或10.0 mm。

2.2 儀表板支架組件面定位設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)面都設(shè)計(jì)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(jì)成正方形或長(zhǎng)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(jì)結(jié)構(gòu)也會(huì)不一樣。目前設(shè)計(jì)有5 種結(jié)構(gòu)：①為避讓開基準(zhǔn)銷或檢測(cè)銷，夾頭設(shè)計(jì)成馬蹄形結(jié)構(gòu)（圖4a）；②為避讓開檢測(cè)銷，夾頭設(shè)計(jì)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(cè)銷，夾頭設(shè)計(jì)成卡爪形結(jié)構(gòu)（ 圖4 d ）；⑤基準(zhǔn)面設(shè)計(jì)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(cè)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)儀表板支架骨架結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵孔位的檢測(cè)，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(cè)。

3.1 轉(zhuǎn)向管柱區(qū)域檢測(cè)

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(gè)支架上；二是轉(zhuǎn)向管柱安裝在2 個(gè)支架上。

3.1.1 轉(zhuǎn)向管柱安裝在1 個(gè)支架上

對(duì)于1 個(gè)支架的轉(zhuǎn)向管柱支架結(jié)構(gòu)，圖紙要求對(duì)其檢測(cè)項(xiàng)目有4 個(gè)螺母孔位置度檢測(cè)、4 個(gè)螺母孔相對(duì)位置檢測(cè)以及4 處轉(zhuǎn)向管柱安裝面檢測(cè)。因此，對(duì)于該種支架的檢測(cè)結(jié)構(gòu)有3 種設(shè)計(jì)方案，分別為滑移機(jī)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(jì)如圖6a 所示，檢測(cè)塊通過滑軌滑到工作狀態(tài)，限位固定開始檢測(cè)。檢測(cè)銷、劃線銷采用插拔銷機(jī)構(gòu)，面檢測(cè)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(lái)越復(fù)雜，因此從操作使用便利性方面，推薦使用滑移機(jī)構(gòu)檢測(cè)。

翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6b 所示，檢測(cè)塊通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，翻轉(zhuǎn)鎖緊到工作狀態(tài)。檢測(cè)銷、劃線銷采用插拔銷機(jī)構(gòu)，面檢測(cè)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(duì)滑移機(jī)構(gòu)操作復(fù)雜，其優(yōu)點(diǎn)是耐用性好。固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6c 所示，檢測(cè)塊固定在支座上，檢測(cè)銷、劃線銷設(shè)計(jì)在一起，一端作為檢測(cè)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(jiǎn)單，因此將轉(zhuǎn)向管柱支架檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成固定結(jié)構(gòu)，不影響取放零件。考慮到操作安全性，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(gè)支架上

對(duì)于2 個(gè)支架的轉(zhuǎn)向管柱支架結(jié)構(gòu)，圖紙要求檢測(cè)項(xiàng)目有4個(gè)孔位置度檢測(cè)、2 個(gè)螺母孔相對(duì)位置檢測(cè)、2 個(gè)孔同軸度檢測(cè)和轉(zhuǎn)向管柱安裝面檢測(cè)。因此，對(duì)于該種支架的檢測(cè)結(jié)構(gòu)有2 種：滑移機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

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

2 個(gè)支架的轉(zhuǎn)向管柱支架檢測(cè)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7b 所示，檢測(cè)塊通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，翻轉(zhuǎn)鎖緊到工作狀態(tài)。檢測(cè)銷、劃線銷采用插拔銷機(jī)構(gòu)，面檢測(cè)塊到零件表面標(biāo)準(zhǔn)間隙5.0 mm。翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)相對(duì)滑移機(jī)構(gòu)操作復(fù)雜，優(yōu)點(diǎn)是翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)耐用。

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

3.2 其他區(qū)域檢測(cè)

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(cè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基本與轉(zhuǎn)向管柱支架的檢測(cè)結(jié)構(gòu)一致，因此檢測(cè)結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)有滑移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和固定結(jié)構(gòu)3 種。檢測(cè)面大小設(shè)計(jì)按支架裝配面大小設(shè)計(jì)，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(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介如下。

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

刺破孔/ 異型孔檢測(cè)：不需要?jiǎng)澗€銷檢測(cè)，只需要檢測(cè)銷檢測(cè)，采用彈簧銷方便操作（圖10）。需要注意的是，檢測(cè)銷檢測(cè)方向與沖孔方向一致。

螺柱檢測(cè)：采用套筒彈簧銷檢測(cè)，方便操作檢測(cè)（圖11）。

4 儀表板支架組件檢具設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

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

4.1 基準(zhǔn)面夾鉗夾不穩(wěn)

對(duì)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(cè)零件定位不穩(wěn)。

（2）壓緊點(diǎn)位置偏離定位面中心，造成被測(cè)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(duì)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(diǎn)位于基準(zhǔn)面中心位置。

（3）基準(zhǔn)面設(shè)計(jì)大小應(yīng)取覆蓋實(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)與被測(cè)零件干涉

對(duì)于檢具活動(dòng)機(jī)構(gòu)與被測(cè)零件干涉，分析其主要原因?yàn)闄z具活動(dòng)機(jī)構(gòu)較多，檢測(cè)項(xiàng)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，翻板易與零件干涉。對(duì)此可采取的措施為：檢具設(shè)計(jì)完成前需對(duì)檢具進(jìn)行模擬拆裝，以及活動(dòng)件運(yùn)動(dòng)軌跡與被測(cè)零件的干涉檢查；制造驗(yàn)收時(shí)，結(jié)合被測(cè)零件實(shí)際操作檢具，確認(rèn)是否有干涉發(fā)生。

4.3 檢測(cè)操作效率低

某些車型儀表板支架組件前部的檢測(cè)結(jié)構(gòu)全部為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)操作效率低，分析主要原因是設(shè)計(jì)時(shí)未考慮檢測(cè)操作方便性。對(duì)此應(yīng)及時(shí)更新設(shè)計(jì)，將前部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成滑移機(jī)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(gè)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(shí)間長(zhǎng)容易變形。分析主要原因是設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)此應(yīng)及時(shí)更新設(shè)計(jì)，將關(guān)鍵支撐設(shè)計(jì)成焊接鋼支座，重新加工更換。

4.5 孔位無(wú)法檢測(cè)

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

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)儀表板支架組件的檢具設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。通過對(duì)檢具安裝孔、匹配面位置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，闡明了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)，通過對(duì)儀表板支架組件檢具的一些常見設(shè)計(jì)制造問題分析，找到問題發(fā)生的原因并給予對(duì)應(yīng)的措施，可以給設(shè)計(jì)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(jì)依據(jù)的是零件數(shù)模、圖紙要求以及客戶的檢具設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，不同的汽車企業(yè)，檢具設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)會(huì)略有差異，因此檢具供應(yīng)商在設(shè)計(jì)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(jì)制造水平也在不斷推陳出新，儀表板支架組件檢具設(shè)計(jì)制造質(zhì)量也在不斷進(jìn)步。

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作者簡(jiǎn)介：

劉琴，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闃榆囐|(zhì)量管理。