汽車車身焊裝夾具設計研究和發展

摘 要：論述了汽車焊接夾具及零部件的種類及工作原理，具體闡述了汽車焊接夾具的發展進程及設計流程。總結了汽車焊接夾具設計的研究現狀，詳細探討了研究中的關鍵技術方法及存在的問題，指出了該領域研究的發展趨勢。

關鍵詞：汽車焊接夾具；CAD；智能化技術

引言

汽車車身是汽車的重要組成部分，是整個汽車零部件的載體，車身是具有復雜型面的殼體零件。汽車車體尺寸精度直接影響汽車的裝配質量，而車體制造過程中的焊接裝配工藝是車體成形的關鍵，也是保證車體精度的關鍵環節，是車身系統工程中的一個組成部分。在現代制造業中，夾具已成為保證產品質量、實行全面質量管理的重要手段，在新產品的研制過程中，夾具對縮短研制周期起著重要作用。夾具的標準化、精密化和柔性化是夾具發展的主要趨勢，也是實現產更新換代和老產品改造的需要[1]。

在焊接過程中，合理的夾具結構，有利于合理安排流水線生產，便于平衡工位時間，降低非生產用時。對具有多種車型的企業，若能科學地考慮共用或混型夾具，還有利于建造混型流水線，提高生產效率。

1.汽車焊接夾具結構和零部件設計研究

1.1汽車焊接夾具以及組成部件分類

汽車焊接夾具隨著工業的發展種類越來越多按照動力類型、用途、工作范圍、夾具結構的不同。汽車焊接夾具從驅動的方式來看主要有：無驅動夾具、手動夾具和氣動夾具。其中無驅動類型的夾具主要是指只有像定位塊、定位銷等定位組件的夾具，它在夾緊定位過程中不需要動力；手動夾具的動力源來自人力推動，它利用了四連桿機構自鎖的原理；氣動夾具的動力源來自工業壓縮空氣這種驅動方式的夾具自動化程度較高，可節約流水線產品生產時間，因而在汽車焊裝工藝生產中得到廣泛應用。

1.2汽車焊接夾具結構設計研究

焊裝夾具設計與車身產品設計并行車身產品設計可分為功能設計、結構設計和詳細設計3個階段。功能設計階段是對車身產品所要完成的功能進行分析，確定實現功能的方案。在這個階段，車身產品已具有了雛形，可以獲得有關零件的基本形狀和尺寸范圍、結構復雜程度等相關信息。夾具工藝師可以根據這些信息回答該零件是否需要夾具、所需夾具類型、現有夾具能否滿足其加工需求等問題。在此基礎上初步估算夾具的準備時間和費用，以及在該產品零件的制造過程中可能受到的有關裝夾的約束，并將此信息反饋給車身產品設計，以此進行結構或功能修改設計。

1.3汽車焊接夾具零部件設計研究

零部件的設計研究主要集中在零部件的標準化研究領域，另外還有零部件工程數據庫建立、參數化等方面。

零部件數據庫是儲存數據的大型軟件系統，首先將零部件參數化，并對其信息進行分類整理，采用面向對象的方法與三維建模軟件實現接口對接并管理，確保設計人員可以對該數據庫系統進行信息調用，直接運用到產品設計、制造等工序中，大大提高設計效率。

2.汽車焊接夾具設計方法研究

2.1基于CAFD系統的夾具設計

最初是應用設計軟件的繪圖功能，由設計人員建立一個由夾具零部件組成的標準件數據庫，在設計過程中，設計者可以根據經驗和知識選擇零部件，并裝配成夾具單元。隨后基于二維平臺設計開發的計算機輔助夾具設計系統增加了夾緊定位方法選取，工件信息增加、刪除等模塊，大大提高了系統的實用性?，F階段，三維繪圖代替二維繪圖成為CAFD系統的有力工具。多數像UG、CATIA等三維繪圖軟件經過二次開發建立了常用工件的標準件庫，這為交互式夾具設計的發展提供了更好的平臺。在新產品的更新換代過程中，交互式夾具設計系統得到了廣泛應用[3]。

在競爭日益激烈的現今社會，企業經驗證明，使原先證明有效的零部件占總設計部件的20%以上，因此，充分利用企業已掌握的夾具信息已成為計算機輔助夾具設計系統的關鍵環節，這就避免了夾具設計中重復性工作，可大大縮短研發周期。

2.2柔性焊接夾具設計

隨著科技的發展，現在制造業中夾具的要求越來越高。人們提出了柔性焊接夾具設計的概念，并且在該領域作了大量的研究。柔性焊接夾具系統能夠快速地適應不同幾何形狀零件的裝夾要求，對不斷變化的零件裝夾需求能做出快速響應，以滿足加工要求。柔性焊接夾具的主要特點表現如下：

（1）夾具組成元件少，拆裝方便，一次裝夾能夠同時進行多個表面的加工。

（2）工件的形狀和尺寸有一定變化后，夾具不僅能適應這種變化，并且還能繼續使用，適應加工對象的變換。

（3）夾具結構簡單，元件的拼裝環節少，避免誤差的累加，提高裝夾精度。

（4）柔性夾具強度高和剛度大，為了降低準備時間，加工過程中可采用大切削用量。

（5）柔性焊接夾具通用性好，夾具元件可適應于多個夾具系統，滿足柔性制造系統數控加工的需要。

3.夾具設計關鍵技術及問題

汽車焊接夾具與一般的焊接夾具一樣，其基本結構和定位夾緊原理相同。但是，由于汽車焊接構件本身結構形狀的特殊性，使其焊接夾具具有自身的特點，在夾具的CAD領域，其主要關鍵技術有：

焊裝夾具工藝方案的優化，方案設計對產品結構是否合理、性能好壞及工藝成本高低等環節影響較大，智能計算機輔助設計技術的研究對提高企業競爭力具有重要的意義。

汽車焊裝生產線的標準化，不僅有利于實現夾具結構的柔性化，從而適應不同的工作環境，而且為裝夾工具的制造和維修帶來了很大的經濟效益。

汽車焊裝夾具的CAD技術，基于知識的焊裝夾具CAD系統中的研究，可借鑒機械加工夾具智能CAD方法進行知識提取、知識表達及推理機制等方面的研究。

4.結束語

采用車身焊裝夾具設計與產品設計并行的設計方式，縮短了設計周期，降低了成本，保證了產品設計與制造的高質量。利用計算機輔助設計軟件建立焊裝夾具數據庫和公用件系列數據庫，在具體設計中根據結構形式合理選用，并依據沖壓件斷面形狀尺寸確定定位面及夾緊面的加工數據，使設計和制造過程大大簡化。

參考文獻

[1] 林忠欽.汽車車身制造質量控制技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2] 熊曉萍，金權東，李春植.汽車車身焊裝工藝及夾具設計[M].山東煙臺：煙臺大學出版社，2003.

[3] 姚春玲，張俊華，李寶順.汽車車身裝焊夾具的三維設計[J].制造業自動化，2009（7）：132-134.