检具的设计、制造和使用

检具的设计、制造和使用培训教材培训对象和目的一、培训对象：1.品保人员（检具的使用者）；2.SQE（供应商品质管理工程师）；3.其他与检具相关部门或人员。二、培训目的：1.通过培训能较系统地了解检具的基本概念；2.增加了解检具的使用方法和品质的控制手段。培训提纲一、检具的定义；二、检具的分类；三、检具的功用；四、检具的精度；五、检具设计基础知识；六、检具加工和调试基础知识；七、检具的辅助要求（操作性、涂色、保养和维护等）；八、检具的使用。3一、检具的定义广义上来讲，检具是用于产品检验的专用测量工具的总称。通常把一般用于检验的专用工具称为检验夹具（狭义）；把测量精度较高又有一定通用性的检验工具称为测量仪。如：专门检测轴类零件圆跳动用的顶尖座称为振摆仪；综合检验齿轮的检验工具称为综合检验仪。测量工具包括：1.通用量具、仪表、三坐标测量机（CMM）等；2.光滑极限量规（止通规、塞规）和样板；3.检验夹具（含测量支架）；4.自动或半自动测量仪、检验机等。4二、检具的分类一、按本体的材质分：1.树脂类检具（常用汽巴5166/威狮460）；2.铝制检具；（铸铝ZL107/硬铝LY12）3.铁制检具；（铸铁HT250/钢45）4.木制检具；（硬木）5.其他类（如玻璃钢、蜂窝板等）二、按照不同风格分：1.日韩检具：（本田、丰田、日产的检具标准也有不同）——实用性强，更能反映装车效果！2.欧美检具：（以通用的检具为标准）——理论性强，一般均按自由状态，对零件的要求高！5二、检具的分类（续）三、按检具的功能分：1.过程检具（单品检具，工序中半成品检具）；2.总成检具。四、按产品类型分：1.冲压件检具；2.注塑件检具；3.机加工件检具；4.车身装饰件、覆盖件检具；5.玻璃检具。6二、检具的分类（续）树脂检具7二、检具的分类（续）铝制检具（检具）8整体铸铝或硬铝底板+硬铝本体是铝制检具的常用结构形式二、检具的分类（续）铁制检具（门框检具）9整体铸铁焊接底板+焊接支架二、检具的分类（续）木制检具（车顶饰条检具）10三、检具的功用一、产品的在线检测；通过各种测量手段检测，提供测量数据和用于判定产品的尺寸特性。二、调试模、夹具；根据检具测量数据用于指导模、夹具调试。三、为计算模、夹具CMK提供数据支持；11四、检具的精度一、尺寸精度；尺寸精度是指检具作为测量工具本身的制造精度，一般检具的制造精度是产品精度的1/5—1/10左右。比如：产品的公差是±1mm,那么，检具的制造公差±0.1mm—±0.2mm是可以接受的。通常汽车覆盖件检具的精度在±0.2mm就可以满足要求了。客户有特殊要求的，按客户要求。二、稳定性；稳定性是指检具在某一持续时间内测量同一零件单一特性时获得测量值的总变差。如图（c）所示。12四、检具的精度（续）三、重复性和再现性；重复性是指由一个评价人用同一付检具多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。如图（a）所示。再现性是指由不同评价人，采用同一付检具，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。如图1-2（b）所示。13稳定性、重复性和再现性(附图）14重复性和再现性（MSA分析）检具的重复性、再现性可接受准则，通用经验规则如下：●%R&R＜10%，可接受；●10%＜%R&R＜30%，基于应用的重要性，检具的开发成本，维修成本等可能是可接受的；●%R&R＞30%，不可接受；（应努力改进检具）15五、检具设计基础知识16+Z+X+Y坐标原点（前保险杠最前点）欧美车GM汽车坐标原点（前轴中心）（日系车、国内一般车厂）A、车身坐标系概念：车身坐标系是它是以汽车前轴中心或前保险杠中心最前面点为原点X方向指向车的尾部，Y向指向车的右侧，Z向指向车顶。五、检具设计基础知识（续）B、GD&T（Geometricdimensioningandtolerance）概念：指描述产品几何尺寸及公差的图纸。此图明确反映出具体产品的定位基准、需检测项目的理论尺寸和公差、KPC（KeyProductCharacteristic

）点、定位基准面大小等信息。也是设计检具的主要依据之一。里面涉及到基准、尺寸、要素、公差、形位公差等概念。这里不详述。具体可查阅培训教材。C、测量样架概念：为了提取、检测产品特征数据（通过三坐标测量机），一般按车身坐标系专门设计、制造的检测用支架。其定位基准应符合GD＆T图要求；同时必须包含用于建立检测测量支架本身精度的基准面或基准孔。上海大众经常用到。通俗讲，就是检具的定位、夹紧部分。17五、检具设计基础知识（续）测量样架示意图：(三角窗测量样架）18只有定位元件，而无检测元件！五、检具设计基础知识（续）D、数模、样件、对手件概念：数模是产品设计部门或整车厂按车身坐标系或用户坐标系而构造的三维数学模型。它是产品的理论尺寸。样件是由客户提供的用于作为后续开发标准的合格产品。检具如果按样件设计，则要求样件必须唯一，同时样件必须贴上标签，妥善保管。因为合格产品相对与理论产品会有一定的偏差，虽然此偏差符合产品公差要求，但是每个合格产品的偏差均有一定的差异，所以样件要求唯一也在情理之中。样件的唯一性更加要求它必须受到妥善保管,避免因为日晒、雨淋、温差等因素引起产品的变形、老化。对手件是指与产品有装配关系或匹配关系的零件。19五、检具设计基础知识（续）E、检具式样书、检查基准书概念：检具式样书是指检具的初步设计概念图.基本反映了产品的定位基准、检测方式和检具的基本结构.一般用于正式检具设计前,与客户的检具设计方案的沟通和确认。检查基准书是指产品的检验规格.包含产品所有尺寸、性能的检测。检具设计必须满足检具式样书和检查基准书的要求。说明:检具式样书和检查基准书概念一般只体现在日系车上.20五、检具设计基础知识（续）CIVIC外水切检具式样书参考21模拟玻璃块模拟门钣金五、检具设计基础知识（续）22MSA分析；提交”R&R分析报告“检具精度检测；提交“CMM检测报告”制造认可（现场确认）设计认可F、检具的认证流程：五、检具设计基础知识（续）G、检具设计的五大原则：▲具有并能实现检具加工和检测的基准；（包括加工基准和测量基准，可用于检具的后期修改和定期校验）；▲具有恒定、准确的定位基准以保证最大的重复性和再现性；▲制造成本低，具有耐磨性和稳定性；▲操作的方便性（包含产品的取放和检测、夹紧器的操作、搬运等）；**检具设计时，除了要考虑以上四条基本原则外，还必须考虑能满足产品和工艺质量的分析功能。譬如：产品贴合面、密封面、配合区域、对齐面、孔/槽等等。也就是说检测功能满足产品品质控制要求！23五、检具设计基础知识（续）24加工基准加工基准检测基准检测基准检测基准五、检具设计基础知识（续）H、检具的设计：检具一般由底座、本体、定位元件、测量元件、夹紧装置等组成。底座形式：硬铝或钢板材（一般适应小检具），焊接件或铸件（适宜较大的检具同时必须去焊接应力和铸造应力），轻质材料（重量有特殊要求）。底座上必须考虑安装垫块、测量基准、起吊装置（检具重量超过25Kg）等。底座上表面需划坐标格线、刻坐标孔的坐标值。本体指具有检测型面、用于固定定位元件的部件。大型检具考虑到材料的成本及检具结构的紧凑、轻巧，采用焊接支架加本体结构。某些检具为了加工工艺方便，底座与本体是一个整体也是允许的。定位元件包括：定位贴块、定位销等。各定位元件应具有较高的精度、耐磨性、强度和刚度。测量元件：检测销、断面样板、测量表架、滑动测台、EDC装置及辅助测量组件等。夹紧装置：最常用的为快速夹头。当然还有磁性夹紧、气动夹紧等。25五、检具设计基础知识（续）六点定位原则阐述：

26I、检具的六点定位原则阐述：五、检具设计基础知识（续）六点定位原则阐述：

27五、检具设计基础知识（续）

28五、检具设计基础知识（续）

29五、检具设计基础知识（续）

30五、检具设计基础知识（续）定位基准设定必须满足六点定位原则：(a)一面两销

314方位孔（B1、C基准）A基准面A基准面2方位孔（B2基准）4方位孔（B1、C基准）2方位孔（B2基准）一面两销，限制了全部6个自由度。一面，限制了3个自由度，沿Z移动、绕X转动、绕Y转动。必须是一个圆柱销与一个菱形销，否则会过定位的。2个定位孔的中心距是有公差（误差）的，与两销中心距不可能非常一致的，菱形销就是“让开”两者中心距误差、安装干涉的，限制绕Z转动的。菱形销的长轴必须垂直于两销孔的连心线。圆柱销是限制沿X、Y移动的。

如下图示意：五、检具设计基础知识（续）一面两销示意图：

32五、检具设计基础知识（续）定位基准设定必须满足六点定位原则：（b)三定位面检具的定位基准一般按主基准（面基准）、副基准（线基准）、次基准（点基准)区分。主基准一般有三个定位点，分别用A1、A2、A3表示；副基准一般为两个定位点，分别用B1、B2表示；次基准一般为一个定位点，用C表示（如右图）。

33五、检具设计基础知识（续）★常用定位方式之一：1.1面定位型式：34定位贴片定位支承钉φ20mm20mm*20mm定位贴片规格五、检具设计基础知识（续）1.2面定位通用要求；35定位面的选定原则为：a形状平坦部分；b形状安定性良好不易变形部分；c无回弹，皱纹，扭曲等不良部分两个基准孔或一基准孔和一基准面；同一方向上的定位面仅设定于同一侧（Y方向单侧定位）Y五、检具设计基础知识（续）1.3支撑面；36检具必须有适量的支撑面和夹紧点。大、中冲压件：原则上不少于四个支撑面，用专用夹钳夹持。小冲压件：原则上不少于二个支撑面，可用强力磁铁吸附或专用夹钳夹持。五、检具设计基础知识（续）★常用定位方式之二：2.1内孔定位型式；37固定定位销活动定位销锥度定位销五、检具设计基础知识（续）2.2内孔定位通用要求；

（1）定位销应选用圆形销+菱形销之形式，不然会过定位；

（2）单件检具主定位销一般为锥形插销，副定位销为柱形插销；总成检具主定位销一边为柱形销，副定位销为棱形销。

（3）销径计算公式：

主定位圆销直径D1=D-0（位置度公差带）-0.1mm；

副定位圆销直径D2=D-0（位置度公差带）-0.1mm；

主定位锥销直径D3=理想状态下与定位孔直径相同；

棱形销大径D4=；

检测销直径D5=；

划线销直径D6=；38五、检具设计基础知识（续）39五、检具设计基础知识（续）其他定位方式：3.定位孔与定位面共用；

目前冲压件和焊接检具中使用较多的厂家为上海大众，其对冲压件的孔位毛刺、变形有较高的要求。

40五、检具设计基础知识（续）

414.内、外螺纹表面定位；外圆定位与外螺纹定位相似，如右图所示。内螺纹表面定位与内孔定位相似，要考虑定位销直径按螺纹小径计算！5.组合基准定位；（以外水切为例）模拟钣金面A、B与模拟玻璃面构成组合基准。定位孔模拟钣金面A模拟玻璃面模拟钣金面B五、检具设计基础知识（续）常用的定位元件有支承钉、定位块、定位销、V形块、心轴等等。定位元件的材料一般采用T8A、T10A等工具钢，直径较大（＞12mm）时，采用20#或20Cr(渗碳淬硬至HRC55～65)、45或40Cr(淬硬至HRC45～50)。定位元件的硬度可按被测参数的精度等级（GB/T1800-1998）确定：精度为IT9～IT11级，硬度为HRC45～50精度为IT7～IT9级，硬度为HRC55～60精度为IT5～IT7级，硬度为HRC60～65。注意：产品的材料如果是软性材料（如PVC等），定位块的材料和硬度可适当降低！42五、检具设计基础知识（续）产品的夹紧方式：1.快速夹头夹紧；2.弹性夹紧；3.磁性夹紧；4.气动夹紧；5.其他夹紧（压板、C型钳夹紧、油缸等）；**无论采用何种夹紧方式，尽量保证夹紧装置对产品的夹紧可靠,夹紧力适当,并且夹紧时不破坏产品在检具中的定位和产品的外观。夹紧力方向应尽量垂直于定位面方向！43弹簧五、检具设计基础知识（续）尺寸公差与形位公差概念：尺寸公差（简称公差）指允许尺寸的变动量。等于上偏差与下偏差代数差的绝对值。例：“φ12±0.02”,φ12是基本尺寸，+0.02是上偏差，-0.02是下偏差，该尺寸的公差范围为：|+0.02-（-0.02）|=0.04，上极限尺寸为φ12.02，下极限尺寸为φ11.98。形位公差指形状和位置误差允许的变动量。44理解每个形位公差的意义是检具设计的前提！五、检具设计基础知识（续）产品的检测方式：产品检测方式的设定必须根据产品各检测要素的要求和检具使用者的检测习惯而定！比如：KPC点就必须设置百分表检测，如果产品公差≤0.3mm,就不能用尖角塞尺检验！（因为尖角塞尺的测量误差是0.1mm)；在多种检测方式都能用的情况下，就必须按照常用的检测习惯方式而定！产品各特征的常用检测方式有以下几种：

1.孔位置检测；（检测销、刻线目测、划线销等）2.销位置检测；（检测内孔销、直角检测块、十字滑块+百分表、目测等）3.轮廓面检测；（偏移面+尖角塞尺或卡尺或止通规、切齐面、样板、百分表等）4.KPC点检测；（百分表、EDC等）

具体见附图：45五、检具设计基础知识（续）461.孔位置检测：2.销位置检测：检测内孔销形式与上图检测销一致！衬套引导。检测销检测销刻十字线和负3线，目测刻线销检测直角检测块五、检具设计基础知识（续）3.型面轮廓度的检测：划线的检测：切齐面检测：47刻产品公差带刻产品0、3位参考线目测或手感检测（量产状态时）借助3mm检测块测量五、检具设计基础知识（续）轮廓面/KPC点检测：48尖角塞尺/游标卡尺/止通规

直尺百分表KPC点检测3mm检测五、检具设计基础知识（续）练习一：如图如果要检测φ8.5孔的位置度，检测销尺寸及公差应该设计为多大？49Ø8.5+/-0.110.510.5ABCAØ1.4 ABCM五、检具设计基础知识（续）练习二：如图如果要检测2-φ6孔的位置度，检测销尺寸及公差应该设计为多大？50六、检具加工和调试基础知识一般，检具本体、底座都需要NC加工；定位元件、测量元件、夹紧装置通常由常规加工完成。检具零件的加工设备要求：加工中心；（主要用于型面、刻线加工）车床；磨床（外圆磨、平磨）；铣床；常规加工线切割、电脉冲；钻床；铝焊机；（主要用于铝管支架、铁管支架焊接用）***注意：焊接支架必须去应力处理（退火、振动时效等）；焊接支架在退火前必须在每根型材上打排气孔，以免在退火过程中型材内部气体由于在封闭区域内温度上升后爆裂！51六、检具加工和调试基础知识（续）本体结构的设计需根据设备NC加工情况而定。一般3轴的加工中心加工倒沟面困难，一般就需要在刀具上想办法（用T形刀或万能铣削头或用方箱两次装夹加工）；另外，在设计时，考虑分块设计加工制造、通过安装完成。52万能铣削头六、检具加工和调试基础知识（续）检具的调试和标定：检具一般均要进行调试和标定；调试和标定前，必须建立检具的检测坐标系。调试目的是将检具的精度调整到符合设计要求；比如其他定位块或检测块的位置确定等。标定的目的是检测检具的精度。53CMM测量机柔性测量机刻线位置的CMM检测六、检具加工和调试基础知识（续）一般检具的精度：定位面位置度±0.1mm；定位销(孔)位置度±0.1mm；形状测量面位置度±0.15mm；外轮廓测量面位置度±0.2mm;刻线测量位置度±0.2mm;形状规及断面样板±0.25mm;测量销(孔)位置度±0.15mm;划线孔位置度±0.25mm;轮廓划线位置度±0.3mm;测量基准面平面度0.05/1000mm;基准坐标孔位置±

0.05mm;说明：1.客户有特殊要求的，按客户要求；

2.精度特高的按产品精度的1/5～1/10；

3.CMM测量检具时，一般需要设计人员提供检测示意图。54六、检具加工和调试基础知识（续）55检测示意图测量点的理论坐标（我司CMM可按数模上取点，自动给出X、Y、Z值六、检具加工和调试基础知识（续）检具CMM测量报告：56六、检具加工和调试基础知识（续）……..DIMD21=LOCATIONOFPOINTF24AXNOMINAL+TOL-TOLMEASDEVOUTTOLX822.7300.2000.200822.7890.0590.000Y-669.9120.2000.200-669.8980.0140.000Z1045.2350.2000.2001045.2390.0050.000

DIMD22=LOCATIONOFPOINTF25AXNOMINAL+TOL-TOLMEASDEVOUTTOLX901.7600.2000.200901.8220.0620.000Y-653.8220.2000.200-653.8200.0030.000Z1088.7990.2000.2001088.796-0.0030.000

DIMD23=LOCATIONOFPOINTF26

AXNOMINAL+TOL-TOLMEASDEVOUTTOL测量点均可在上图中找到X998.5720.2000.200998.6130.0410.000Y-633.7700.2000.200-633.7360.0340.000Z1131.8830.2000.2001131.9040.0210.000

DIMD24=LOCATIONOFPOINTF27

AXNOMINAL+TOL-TOLMEASDEVOUTTOLX1085.7620.2000.2001085.7790.0160.000Y-619.4020.2000.200-619.3300.0720.000Z1162.9240.2000.2001162.9710.0470.000

DIMD25=LOCATIONOFPOINTF28AXNOMINAL+TOL-TOLMEASDEVOUTTOLX1208.1050.2000.2001208.1120.0070.000Y-603.