一种汽车内外饰产品柔性试验工装设计

罗宇星，龙 琼，卓付勤

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州545007）

汽车内、外饰系统是汽车车身的重要组成部分，内饰系统主要包括以下子系统：仪表板系统、副仪表板系统、门内护板系统、顶棚系统、立柱护板系统等，外饰系统主要包括汽车前、后保险杠、汽车车身裙板、外侧围、扰流板等。这些品种繁多的产品在量产前都需要按照实车状态安装固定在相应的工装夹具上开展大量的试验验证。

内外饰产品试验工装是指实验过程中模拟内外饰产品在整车环境中实际装配专用装置，其目的就是使产品保持与整车装配环境相同或相似的状态才进行实验，以达到实验效果。

目前用于安装固定这些产品的试验工装结构大多是根据产品的结构特点设计成固定的形式，通过焊接或铆接方式进行连接，只能用于单一产品且单一安装状态开展试验，一旦更换产品种类或产品的状态，产品的安装点发生变化，则现有工装就无法继续使用，造成大量的浪费。同时，由于产品种类的多样性和相同种类的产品又有多种状态，相应的工装需求量就会很大，对工装的维护、维修和管理造成不利的影响。以组合夹具为基础的柔性夹具是适用于不同机床、不同的产品或同一产品不同规格型号的夹具。柔性夹具更适用于数控机床、加工中心机床、柔性加工单元（FMC）和柔性制造系统（FMS），是现代夹具的一个主要发展方向[1]。

因此，如何设计柔性试验工装，可根据不同产品及不同的安装状态任意调整组合，满足不同的试验需求，且可反复使用，节省试验成本和工装存放空间，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

1 传统内外饰产品实验工装结构与缺点

目前用于安装固定内外饰产品的试验工装结构大多是根据产品的结构特点设计成固定的形式，通过焊接或铆接方式进行连接。本文以目前最为常用的焊接式的仪表板为例进行分析。

图1为一种仪表板试验工装结构图片。该仪表板试验工装采用焊接固定方式，将工装的各个结构焊接到工装基座上。虽然该固定方式保证了试验的顺利进行，但不利于多样性和产品的设计变更，一个工装只能安装一种型号的产品，当产品种类和型号多样化时，需要做大量的工装。产品设计变更时，工装必须更改或者重新制作。采用该结构，工艺一般是通过焊接拼装成工装总成，然后对工装总成喷防锈漆。

图1 焊接式仪表板工装结构图

2 柔性结构内容及优势

本实用新型结构的目的是提供一种柔性工装，可根据不同产品及不同的安装状态任意调整组合，满足不同的试验需求，且可反复使用，节省了大量的试验成本。同时满足内外饰产品的试验效率及制造质量。

针对传统焊接固定式内外饰工装的缺点，本新型柔性工装采用螺栓连接的装配方式，整个工装的结构如图2所示。工装结构由铝型材框架、支柱安装座、旋转支架安装支柱、旋转支架、样件安装点支撑过渡板组成，工装的所有结构都可以根据内外饰零件的尺寸大小、形状、高度、安装支点的空间位置进行任意调整。在满足试验功能的同时，保证柔性工装的可靠性、质量及改善工艺性。

图2 柔性工装结构图

以下对该柔性工装结构和功能进行简单地介绍。

2.1 铝型材框架结构和功能

铝型材框架是整个柔性工装的基础，其结构形状和尺寸决定工装的基本功能。本设计中，搭建铝型材框架的铝材设计成四面带T型曹横截面为正方形的柱体。柱体间连接使用L型连接片和T型螺栓螺母组件连接。图3为柱体间连接示意图。

图3 铝型材框架结构图

由图3所示，柱体间连接通过T型螺栓螺母组件进行连接，拧紧螺母进行紧固。就可以根据内外饰零件的长、宽、高基本尺寸进行选择组成铝型框架的立柱长度和高度，从而实现了铝型材框架结构的柔性功能。

2.2 支柱安装座结构和功能

支柱安装座是连接铝型框架和安装支柱的桥梁，其结构如图4所示。

图4 支柱安装座结构图

由图4所示，支柱安装座通过T型螺栓螺母组件连接到铝型材框架，拧紧螺母进行紧固。支柱安装座可以在铝型材框架上自由安装，横向和纵向均可自由活动到需要的位置，从而实现了铝型材框架结构的柔性功能。

2.3 旋转支架安装支柱结构和功能

旋转支架安装支柱用于支撑旋转支架。

由图5所示，旋转支架安装支柱两端穿过支柱安装座，通过螺钉进行紧固。旋转支架安装支柱和支柱安装座的位置可以任意调整，从而实现了旋转支架安装支柱的柔性功能。

图5 旋转支架安装支柱结构图

2.4 旋转支架结构和功能

旋转支架是整个柔性工装的核心部分，旋转支架的柔性功能决定着整个工装的功能。

由图6所示，旋转支架一端用螺栓和样件安装点支撑过渡板进行连接，另一端用螺栓紧固在旋转支架安装支柱上，松开螺栓，旋转支架可以沿着旋转支架安装支柱径向左右移动，也可以绕着旋转支架安装支柱轴向360°旋转。高度可通过螺纹进行调整，从而实现了旋转支架的柔性功能。

图6 旋转支架结构图

2.5 样件安装点支撑过渡板结构和功能

样件安装点支撑过渡板是连接试验样件和旋转支架的机构。

由图7所示，样件安装点支撑过渡板一端固定在旋转支架上，另一端用于固定实验样件。样件安装点支撑过渡板的位置和高度，通过调整旋转支架的位置和高度实现对不同样件的柔性连接。样件安装点支撑过渡板主要有四种类型，如图8所示。图A类型主要用于样件安装点的平面支撑，图B类型主要用于样件安装点的平面螺栓连接，图C类型主要用于样件安装点的斜面螺栓连接，图D类型主要用于样件安装点的垂直面螺栓连接。可以根据样件安装点的实际要求选择样件安装点支撑过渡板的结构类型。

图7 样件安装点支撑过渡板结构图

图8 四种类型样件安装点支撑过渡板结构图

通过上述描述可知，在设计具体实施例所提供的柔性实验工装中，根据内外饰产品样件的类型、外形尺寸、安装点位置等因素，通过调整铝型材框架、支柱安装座、旋转支架安装支柱、旋转支架、样件安装点支撑过渡板的位置、高度、角度、类型等，就可以实现工装和样件的柔性连接要求。并且，从装配工时和费用考虑，柔性实验工装与普通工装是一样的，仅需常规套筒、扳手、起子等常用工具即可，不需要投入新的设备和工具，对操作员的安装操作技术要求不高，不会因此增加装配工时和费用。同时降低了大量的工装制作成本，利于实验的进行和场地的管理，可以快速运用到各类型零件中。

3 分析结论

柔性实验工装已经普遍应用于各实验机构和组织，减轻了工作人员工的负担，保证实验的顺利进行。在此基础上，设计技术人员更需要创新，寻找新的一些设计点，完善优化现有结构并不断创造新的结构方案。这种创新的需求同时也适用于整个制造行业的技术人员，只有不断创新，才能设计制造出更优的产品以服务社会。