1、检具设计的基本要求内容检具基础知识培训一、定义：什么叫工装，夹具，治具量具，检具工装,即工艺装备:指制造过程中所用的各种工具的总称.包括刀具/夹具/模具/量具/检具/辅具/钳工工具/工位器具等.工装为其通用简称.工装分为专用工装/通用工装/标准工装(类似于标准件) 夹具：顾名思义,用以装夹工件(或引导刀具)的装置. 模具,用以限定生产对象的形状和尺寸的装置. 刀具,机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料,所以刀具一词一般就理解为金属切削 辅具,一般指用以连接刀具和机床的工具. 钳工工具,各种钳工作业所用的工具总称. 工位器具,用以在工作地或仓库中存放生产对象或工具的各种装置. 治具,制造
2、用器具,有时与工装同意,有时也指夹具，一般台资/韩资/日资等电子企业多用该词。夹具属于工装,工装包含夹具,属于从属关系. 量具: 任何用来获得测量结果的装置，包括用来测量合格/不合格的装置检具：生产中检验所用的器具.检具是大批量生产时,为方便检查质量而设计制作的专用检查工具.检具比用通用量具检验更省时省力检具分总成检具和零件检具二零件供应商的责任A.零件供应商对检具获得过程的所有要素应负直接的责任。另外，零件供应商必须保存所有相关活动的文件。 B.供应商应保证检具符合下列条件：1.时间进度要符合整个项目的时间节点。2.与被测零件的使用功能相符合。3.通过遵循定位基准方案，使检具符合被测零件的几
3、何尺寸和公差图纸（GD&T）。3.1 注意：供应商必须核实检具上是否需要垫块。（比如在有尼龙扣或没有尼龙扣的情况下）4.在检具中必须包括所有关键产品特性（KPC：合理的预期的变差可能足以影响产品安全性或政府标准或法规的符合性，或很可能足以影响顾客对产品满意程度的产品特性），产品质量特性(PQC：指那些特殊特性：客户满意与其整个公差范围相符，但一旦超出规范，客户损失将急剧上升。公差范围内的变差略微影响客户满意，而一旦超出公差，将严重影响客户满意)的测量。5. 所有的KPC,PQC应该使用定量型数据采集装置，而且它们必须固定在检具上。这些装置必须满足测量系统分析（MSA）的所有要求。6.应具有辨别
4、被测零件相对于名义值的变差的能力。C.供应商应建立并保持用于测量系统控制的编制成文件的程序。此文件应包括该检具的：1.尺寸测量报告，使用三坐标测量仪（CMM）。2.工程更改文件。3. 检具重复性和再现性分析。4. 检具设计图。供应商应维护更新检具设计和检具更改的记录。无论检具是否受到影响，更改记录应反应产品设计更改级别。供应商应及时解决设计上的问题。设计和制造方应及时通知发生的问题。任何相对原定检具费用的变化，必须得到主机厂采购部门的批准。三、检具设计方案设计概念是检具设计过程中的第一步。设计概念的目的是建立和用文字描述检具的要求。它保证设计的检具包括了零件所有KPC,PQC要求。A. 开始设
5、计前，应召开一个设计概念的预备会议。应参加的主要人员为：供应商检具工程师、检具设计及制造方的代表、主机厂的 SQE和检具工程师。还可以邀请：主机厂的产品工程师、尺寸工程工程师、制造工程师、采购员。B.设计概念应包括详细的检具的草图和书面描述，以便能依此进行检具设计。设计概念不必详细得如一个完成的设计，但应包括下列信息：1.被测零件与检具基座的位置关系。最好使用装车位置（被测零件在检具中的位置与其被装配在整车中的方向和位置一致），然而，其它位置可能更适应被测零件/检具的使用（即第一使用位置：被测零件在量具中的位置与其在第一次装配中在装配模具中的方向和位置一致。如在装配过程中，将支架焊接至门框上时
6、，门框可能被水平放置的）。如果相对装车位置有偏离 ，应以90为增量进行偏转。2.定位基准方案应与几何尺寸及公差图纸一致。可以使用附带基准垫块。3.支撑被测零件的检具零件和装置。4. 建议的夹紧技术。5. 用于检测下列特性的检具零件和装置： 关键产品特性(KPC)，产品质量特性（PQC），过程监控点（PMP） 特性线 功能孔 过去经常发生过程变差较大的区域6. 所用的材料应依据检具的使用和环境，以确保在零件现行生产有效期内的功能性、重复性和再现性。7.相配或邻近零件的轮廓外形或线条特性。C. 设计概念应考虑操作者的人机工程学、被测零件的装和拆的容易度、三坐标 检查和SPC的数据采集的可行性。D.
7、主机厂SQE 和检具工程师将审核和批准在产品表面上选取用于采集SPC数据来监测KPC和PQC以及特性的X、Y、Z位置。四、检具设计要求A检具图纸上必须依次列出如下信息：零件号，零件名称，零件图纸号，零件图纸更改级别。另外：1. 所有检具零件图必须用三视图绘出，并且必须标注完工表面和/或车身和/ 或工作参考线。2. 所有的剖面图应标明与量具设计图引出号相对应的剖面号及页号。 （如：剖面 CC或100.0 ；第1页3. 检具设计图必须包括在检具上的被测零件轮廓图（虚线）。线条要足够粗以便于图纸的复印。4. 如可能，检具原材料(如:角架、堆积块、铰链、导板、螺钉和键等)应尽可能选用可采购到的标准件。
8、5. 检具设计必须由客户认可的软件生成B. 定位基准的方案必须应用于检具设计图纸中和检具上，一般概念是：将被测零件定位在由第一定位面，第二定位面，第三定位面(译注：6点定位原则）组成的三维空间中。C. 定位基准孔的定位装置:1. 不作为定位方向的销子不能限制非规定定位基准的任何方向的被测零件的运动。这种情况可使用导轨或可移动的检具零件来允许被测零件在非定位方向上的移动。但是，只有使用高精度的导轨才能不影响规定的定位装置的定位精度。2. 对定性型检具的检验销需充分运用最大的允许公差，即用于检测被测零件的检具上的定位装置应按最大实体条件制造，其所对应的定位销可以装在 一个导板或可移动的零件上以允许
9、在非定位方向上的移动。3. 对定量型检具的所有基准定位销均不考虑其尺寸大小，并将被测零件准确地定位在规定的定位基准方向上。实现这种情况的一种方法是使用弹簧座锥型销，该销安装于导轨或可移动的零件上，确保在非定位基准方向的运动。D . 应重视与点焊、缝焊或分型面邻近的定位基准。如果这些定位基准不能迁移的话，为便于检具的重复性和再现性分析，则这些检具的基准零件必须与点焊、缝焊或分型面有一 定的间隙（在定位基准上开槽或孔）。E.检具设计中应确定在被测零件检测中应用的每一检具零件，包括测量销的尺寸。此外，还应确定所有可拆卸及可互换的检具零件，并注明它们相关的功能。 可互换零件的要求有：1.定位销衬套须用
10、淬火钢制造；2.有永久性的把手。3.可互换零件须安放在固定于检具底板上储物盒中F.当使用高度量具进行被测零件评价时，应考虑在尺寸大于1.2m的基面上作定位切割线（如网格线）。G.为了保证从制造到认证中尺寸测量的一致性，设计中应包括注明的坐标测量的基准起始点。这些点可以是工装球、销子、零位块或基座上其他一些可以清楚识别的区域。H.检具设计图中没有必要标注重复或左右的对称，在实际可行时，只要注明特有的、单侧的细部即可，并加上“除已指出部分外对中心轴对称”的附注。N.对检具设计的任何更改，都应该用文字数字按顺序注明于附于第一页右上角的更改通知栏内，并且在整个设计中合适之处圈出。每一更改项都应有简短的
11、参考适当EWO (Engineering Work Order) 工程工作顺序或工程更改号码的更改说明。五、 检具制造要求A.所有定位基准、检测用零件、夹头和可互换件都应在检具上显见处注 明。B. 操作指导和/或操作顺序应被牢固地附于量具上。这些指导必须与检具设计图中的相同。C.超过22公斤的检具上建议使用有眼螺栓作吊耳。D 所有的焊接件都应作应力消除。E. 所有可活动件和可互换件，如把手和测量销，都应永久性地附于检具上。建议使用自固装置或回缩型的连接缆。F.将检具的所有非检验用表面都漆成适中的蓝色。G.检具的制造公差1.、一般指导原则a. 所有用于被测零件定位的定位基准在检具上的位置公差都必
12、须限制在0.10mm 以内 。b. 检具的所有用于检测被测零件的部件包括检验销和衬套，以及用于电子测量器件的零件等，在检具上的位置公差都必须限制在0.10mm以内。c.用于检验产品表面轮廓特性，采用型面齐平/塞片检验的检具型块位置公差都应该限制在 0.15mm以内。d. 用于检验产品周边轮廓特性，采用周边齐平/塞片检验的检具型块位置公差都应该限制在 0.15mm以内。e.模板在检具上的公差应限制在0.20mm以内。f. 作为目测基准的公差应在0.50mm 以内。2. 当某一产品的特性偏离上述规范时，检具的公差可采用1/10准则。在产品图纸上针对某一特别产品特性标注公差的1/10可用作检具制造公
13、差。H.每个检具应附带一个金属标识牌以标明下列信息（当需要时进行更新）： 被测零件名。 被测零件号。 工程更改级别。 车型、年型和用途。 生产厂名。 重量。 制造时间。六、检具认可要求A.在要求得到被测零件供应商批准之前，制造方应自行检验并以书面报告认证成品检具的质量。B. 保证书至少应包括对以下的内容： 定位基准、检具的功能特性（比如数据采集装置、持平检测、支座点、检验销、定位销、匹配件的代表性结构球等）。同时也包括可互换的定位基准垫块。七、检具重复性与再现性要求A.用于定位基准方案重复性的初步评价；1.在进行检具重复性和再现性研究时，应选择数量足以评价3个定位基准面 的每一个面的点。在被测
14、零件上选取的点应是尽可能远离定位基准的点。2.有可能需要更多的测量点，这取决于被测零件的大小和被测零件的刚度。B. 均值和极差法是一种能决定测量系统重复性和再现性的数学方法。均值和极差法研究检具重复性和再现性的判别标准指南：1.误差10 测量系统可接受2.误差10，30 可能可接受，取决于实际应用的重要性、量具费用、修复费用等。3. 误差30 必须改进检具系统。尽力找出问题并纠正。当检具误差百分比在上述第2条所列范围内，如对是否需要改进检具存有疑问时 ，请与采购部门的SQE和检具工程师联系。C. 采用定量型数据收集的每一个关键产品特性（KPC）和产品质量特性(PQC)都需要进行独立的重复性和再
15、现性评价。D.当检具发生可能影响重复性和再现性的修改后，应进行一次检具重复性和再现性研究。八、 保养要求A. 依据QS9000要素4.11，为保证测量系统在现行生产的有效期内的有效性，零件供应商应对检具进行定期的有计划的保养（按使用情况）。B.无论正在进行的更改是否影响检具，零件供应商必须根据最新工程级别持续更新检具的相关记录。当一个工程更改确实影响检具时，必须对检具进行修改、再认证、和进行检具重复性和再现性研究。定位基准的选择 正确选择定位基准是制订机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键。定位基准分为精基准和粗基准。在起始工序中，只能选用未经加上过的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用
16、加工过的表面所作的定位基准称为精基准。 在设计工艺规程的过程中，当根据零件工作图先选择精基准、后选粗基准。结合整个工艺过程要进行统一考虑，先行工序要为后续工序创造条件。1. 选择精基准选择精基准应掌握五个原则： (l)基准重合原则 以设计基准为定位基准，避免基准不重合误差， (2)基准统一原则 选用统一的定位基准来加工工件上的各个加工表面。以避免基准的转换带来的误差，利于保证各表面的位置精度,简化工艺规程,夹具设计和制造缩短生产准备周期。 典型的基准统一原则是轴类零件、盘类零件和箱体类零件。轴的精基准为轴两端的中心孔，齿轮是典型的盘类零件，常以中心孔及个端面为精加工基准，而箱体类常以一个平面及
17、平面上的两个定位用工艺孔为精基准。(3)保证工件定位准确、夹紧安全可靠、操作方便、省力的原则。测量系统（用来获得表示产品或过程特性的数值的系统，称之为测量系统。测量系统是与测量结果有关的仪器、设备、软件、程序、操作人员、环境的集合）分析 （Measurement Systems Analysis）一、测量系统所应具有之统计特性 测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性 。 测量系统的变差必须比制造过程的变差小 。 变差应小于公差带 。 测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，测量精度是过程变差和公差带两者中精度较
18、高者的十分之一 。 测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者 。量具重复性（AV)：指同一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值（数据）的变差。量具再现性(EV)：指由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。稳定性：指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。结果分析 : 当重复性(AV)变差值大于再现性(EV)时 .量具的结构需在设计增强. 量具的夹紧或零件定位的方式(检验点)需加以改善 .量具应加以保养. 当再现性(EV
19、)变差值大于重复性(AV)时 . 作业员对量具的操作方法及数据读取方式应加强教育, 作业标准应再明确订定或修订 . 可能需要某些夹具协助操作员, 使其更具一致性的使用量具 . 量具与夹治具校验频率于入厂及送修纠正后须再做测量系统分析, 并作记录 .六点定位原则 一个尚未定位的工件，其位置是不确定的。如图 3-29 所示，将未定位的的工件（长方体）放在空间直角坐标系中，长方体可以沿 X 、 Y 、 Z 轴移动有不同的位置，也可以绕 X 、 Y 、 X 轴转动有不同的位置，分别用 、 、 和 、 、 表示。用以描述工件位置不确定性的 、 、 、 、 、 合称为工件的六个自由度。其中 、 、 称为工
20、件沿 X 、 Y 、 Z 轴的移动自由度， 、 、 称为工件绕 X 、 Y 、 Z 轴的转动自由度。工件要正确定位首先要限制工件的自由度。设空间有一固定点，长方体的底面与该点保持接触，那么长方体沿 Z 轴的移动自由度即被限制了。如果按图 3-30 所设置六个固定点，长方体的三个面分别与这些点保持接触，长方体的六个自由度均被限制。其中 XOY 平面上的呈三角形分布的三点限制了 、 、 三个自由度； YOZ 平面内的水平放置的两个点，限制了 、 二个自由度； XOZ 平面内的一点，限制了 一个自由度。限制三个或三个以上自由度的称为主要定位基准。 这种用适当分布的六个支承点限制工件六个自由度的原则称
21、为六点定位原则。 支承点的分布必须适当，否则六个支承点限制不了工件的六个自由度。例图 3-30 中 XOY 平面内的三点不应在一直线上，同理， YOZ 平面内的两点不应垂直布置。六点定位原则是工件定位的基本法则，用于实际生产时起支承作用的是有一定形状的几何体，这些用于限制工件自由度的几何体即为定位元件。表 3-10 为常用定位元件能限制的件自由度。 由工件加工要求确定工件应限制的自由度数工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制；不影响加工精度要求的自由度可以限制也可以不限制，视具体情况而定。 按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度是工件定位中应解决的首要问题。 例如图 3-31 所示为加
22、工压板导向槽的示例。由于要求槽深方向的尺寸 A 2 ，故要求限制 Z 方向的移动自由度 ；由于要求槽底面与 C 面平行，故绕 X 轴的转动自由度 和绕 Y 轴的转动自由度 要限制；由于要保证槽长 A 1 ，故在 X 方向的移动自由度 要限制；由于导向槽要在压板的中心，与长圆孔一致，故在 Y 方向的移动自由度 和绕 Z 轴的转动自由度 要限制。这样，在加工导向槽时，六个自由度都应限制。这种六个自由度都被限制的定位方式称为完全定位。 图 3-31 的导板如在平面磨床上磨平面，要求保证板厚 B ，同时加工面与底面应平行，这时，根据加工要求只需限制 、 、 三个自由度就可以了。这种根据零件加工要求实际
23、限制的自由度少于六个的定位方法称为不完全定位。 如工件在某工序加工时，根据零件加工要求应限制的自由度而未被限制的定位方法称为欠定位。欠定位在零件加工中是不允许出现的。 如果某一个自由度同时由多于一个的定位元件来限制，这种定位方式称为过定位或重复定位。如图 3-32 所示为一个零件在 自由度上有左右两个支承点限制，这就产生了过定位。如图 3-33 所示是齿坯定位的示例。其中图 a 是短销和大平面定位，大平面限制了 、 、 三个自由度，短销限制了 、 二个自由度，无过定位；图 b 是长销和小平面 定位 ，长销限制了 、 、 、 四个自由度，小平面限制了 一个自由度，因此也无过定位；图 c 是长销和
24、大平面定位，长销限制 、 、 、 四个自由度，大平面限制 、 、 三个自由度，其中 、 为两个定位元件所限制，所以产生了过定位。 由于过定位的影响，可能会发生工件不能装入、工件或夹具变形等后果，破坏工件的正确定位。因此当出现过定位时，应采取有效的措施消除或减小过定位的不良影响。 消除或减小过定位的不良影响一般有如下两种措施： 1 改变定位装置结构如图 3-34 所示，使用球面垫圈，消除 、 两个自由度的重复限制，避免了过定位的不良影响。2 提高工作和夹具有关表面的位置精度如图 3-33d 、 e 中，如能提高工工件内孔与端正面的垂直度和提高定位销与定位平面的垂直度，也能减小过定位的不良影响。
25、三、定位基准的选择当根据工件加工要求确定工件应限制的自由度数后，某一方向自由度的限制往往会有几个定位基准可选择，此时提出了如何正确选择定位基准的问题。 定位基准有粗基准和精基准之分。在加工起始工序中。只能用毛坯上未曾加工过的表面作为定位基准，则该表面称为粗基准。利用已加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。 （一）粗基准的选择选择粗基准时。主要考虑两个问题：一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。具体选择时参考下列原则： 1 对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置精度，应选择不加工表面作为粗基准。如图 3 -35a
26、 所示。如果零件上有多个不加工表面，则以其中与加工表面相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。如图 3-35b ，该零件有三个不加工表面，若要求表面 4 与表面 2 所组成的壁厚均匀，则应选择不加工表面 2 作为粗基准来加工台阶孔。 2 对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各加工表面的加工余量。合理分配加工余量是指以下两点： （ 1 ）应保证各主要表面都有足够的加工余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最小的表面作为粗基准，如图 3 -35c 所示的阶梯轴，应选择 55mm 外圆表面作为粗基准。 （ 2 ）对于工件上的某些重要表面（如导轨和重要孔等），为了尽可能使其表面加工余量
27、均匀，则应选择重要表面作为粗基准。如图 3-36 所示的床身导轨表面是重要表面，要求耐磨性好，且在整个导轨面内具有大体一致的力学性能。因此，在加工导轨时，应选择导轨表面作为粗基准加工床身底面（图 3 -36a ），然后以底面为基准加工导轨平面（图 3-36b ）。 3 粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只能使用一次，以免产生较大的定位误差。如图 3-37 所示的小轴加工，如重复使用 B 面加工 A 面、 C 面、则 A 面和 C 面的轴线将产生较大的同轴度误差。 4 选作粗基准的平面应平整，没有浇冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。 （二）精基准的选择精基准的选择应从保证零件加工精
28、度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则： 1 “基准重合”原则 为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则 。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差。 2 “基准统一”原则 当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。 采用“基准统一”原则可减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可避免因基准转换所造成的误
29、差。 （三）辅助基准的应用 工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，大多优先选择设计基准或装配基准作为主要定位基准，这些基准一般为零件上的主要表面。但有些零件在加工中，为装夹方便或易于实现基准统一，人为地制造一种定位基准。如毛坯上的工艺凸台和轴类零件加工时的中心孔。这些表面不是零件上的工作表面，只是为满足工艺需要而在工件上专门设计的定位基准称为辅助基准。 此外某些零件上的次要表面（非配合表面），因工艺上宜作定位基准而提高其加工精度和表面质量以便定位时使用。这种表面也称为辅助基准。例如，丝杠的外圆表面，从螺纹副的传动来看，它是非配合的次要表面，但在丝杠螺纹的加工中，外圆表面往往作为定位基准，它的
30、圆度和圆柱度直接影响到螺纹的加工精度，所以要提高外圆的加工精度，并降低其表面粗糙度值。 六点定位法则是指导夹具设计的基本原则，已沿用了几十年，但法则本身并不完善，对法则的理解和应用也存在许多混乱之处，因此有必要对六点定位法则进行再探讨。 1 传统六点定位法则的含义工件定位的实质就是使工件在夹具中占据确定的位置，因此工件的定位问题可转化为在空间直角坐标系中决定刚体坐标位置的问题来讨论。在空间直角坐标系中，刚体具有六个自由度，即沿X、Y、Z轴移动的三个自由度和绕此三轴旋转的三个自由度。用六个合理分布的支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占据正确的位置，称为六点定位法则。人们在阐述六点定位法则时常以图1所示铣不通槽的例
