论文部分内容阅读
摘 要：论述了汽车焊接夹具及零部件的种类及工作原理，具体阐述了汽车焊接夹具的发展进程及设计流程。总结了汽车焊接夹具设计的研究现状，详细探讨了研究中的关键技术方法及存在的问题，指出了该领域研究的发展趋势。
关键词：汽车焊接夹具；CAD；智能化技术
引言
汽车车身是汽车的重要组成部分，是整个汽车零部件的载体，车身是具有复杂型面的壳体零件。汽车车体尺寸精度直接影响汽车的装配质量，而车体制造过程中的焊接装配工艺是车体成形的关键，也是保证车体精度的关键环节，是车身系统工程中的一个组成部分。在现代制造业中，夹具已成为保证产品质量、实行全面质量管理的重要手段，在新产品的研制过程中，夹具对缩短研制周期起着重要作用。夹具的标准化、精密化和柔性化是夹具发展的主要趋势，也是实现产更新换代和老产品改造的需要[1]。
在焊接过程中，合理的夹具结构，有利于合理安排流水线生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时。对具有多种车型的企业，若能科学地考虑共用或混型夹具，还有利于建造混型流水线，提高生产效率。
1.汽车焊接夹具结构和零部件设计研究
1.1汽车焊接夹具以及组成部件分类
汽车焊接夹具随着工业的发展种类越来越多按照动力类型、用途、工作范围、夹具结构的不同。汽车焊接夹具从驱动的方式来看主要有：无驱动夹具、手动夹具和气动夹具。其中无驱动类型的夹具主要是指只有像定位块、定位销等定位组件的夹具，它在夹紧定位过程中不需要动力；手动夹具的动力源来自人力推动，它利用了四连杆机构自锁的原理；气动夹具的动力源来自工业压缩空气这种驱动方式的夹具自动化程度较高，可节约流水线产品生产时间，因而在汽车焊装工艺生产中得到广泛应用。
1.2汽车焊接夹具结构设计研究
焊装夹具设计与车身产品设计并行车身产品设计可分为功能设计、结构设计和详细设计3个阶段。功能设计阶段是对车身产品所要完成的功能进行分析，确定实现功能的方案。在这个阶段，车身产品已具有了雏形，可以获得有关零件的基本形状和尺寸范围、结构复杂程度等相关信息。夹具工艺师可以根据这些信息回答该零件是否需要夹具、所需夹具类型、现有夹具能否满足其加工需求等问题。在此基础上初步估算夹具的准备时间和费用，以及在该产品零件的制造过程中可能受到的有关装夹的约束，并将此信息反馈给车身产品设计，以此进行结构或功能修改设计。
1.3汽车焊接夹具零部件设计研究
零部件的设计研究主要集中在零部件的标准化研究领域，另外还有零部件工程数据库建立、参数化等方面。
零部件数据库是储存数据的大型软件系统，首先将零部件参数化，并对其信息进行分类整理，采用面向对象的方法与三维建模软件实现接口对接并管理，确保设计人员可以对该数据库系统进行信息调用，直接运用到产品设计、制造等工序中，大大提高设计效率。
2.汽车焊接夹具设计方法研究
2.1基于CAFD系统的夹具设计
最初是应用设计软件的绘图功能，由设计人员建立一个由夹具零部件组成的标准件数据库，在设计过程中，设计者可以根据经验和知识选择零部件，并装配成夹具单元。随后基于二维平台设计开发的计算机辅助夹具设计系统增加了夹紧定位方法选取，工件信息增加、删除等模块，大大提高了系统的实用性。现阶段，三维绘图代替二维绘图成为CAFD系统的有力工具。多数像UG、CATIA等三维绘图软件经过二次开发建立了常用工件的标准件库，这为交互式夹具设计的发展提供了更好的平台。在新产品的更新换代过程中，交互式夹具设计系统得到了广泛应用[3]。
在竞争日益激烈的现今社会，企业经验证明，使原先证明有效的零部件占总设计部件的20%以上，因此，充分利用企业已掌握的夹具信息已成为计算机辅助夹具设计系统的关键环节，这就避免了夹具设计中重复性工作，可大大缩短研发周期。
2.2柔性焊接夹具设计
随著科技的发展，现在制造业中夹具的要求越来越高。人们提出了柔性焊接夹具设计的概念，并且在该领域作了大量的研究。柔性焊接夹具系统能够快速地适应不同几何形状零件的装夹要求，对不断变化的零件装夹需求能做出快速响应，以满足加工要求。柔性焊接夹具的主要特点表现如下：
（1）夹具组成元件少，拆装方便，一次装夹能够同时进行多个表面的加工。
（2）工件的形状和尺寸有一定变化后，夹具不仅能适应这种变化，并且还能继续使用，适应加工对象的变换。
（3）夹具结构简单，元件的拼装环节少，避免误差的累加，提高装夹精度。
（4）柔性夹具强度高和刚度大，为了降低准备时间，加工过程中可采用大切削用量。
（5）柔性焊接夹具通用性好，夹具元件可适应于多个夹具系统，满足柔性制造系统数控加工的需要。
3.夹具设计关键技术及问题
汽车焊接夹具与一般的焊接夹具一样，其基本结构和定位夹紧原理相同。但是，由于汽车焊接构件本身结构形状的特殊性，使其焊接夹具具有自身的特点，在夹具的CAD领域，其主要关键技术有：
焊装夹具工艺方案的优化，方案设计对产品结构是否合理、性能好坏及工艺成本高低等环节影响较大，智能计算机辅助设计技术的研究对提高企业竞争力具有重要的意义。
汽车焊装生产线的标准化，不仅有利于实现夹具结构的柔性化，从而适应不同的工作环境，而且为装夹工具的制造和维修带来了很大的经济效益。
汽车焊装夹具的CAD技术，基于知识的焊装夹具CAD系统中的研究，可借鉴机械加工夹具智能CAD方法进行知识提取、知识表达及推理机制等方面的研究。
4.结束语
采用车身焊装夹具设计与产品设计并行的设计方式，缩短了设计周期，降低了成本，保证了产品设计与制造的高质量。利用计算机辅助设计软件建立焊装夹具数据库和公用件系列数据库，在具体设计中根据结构形式合理选用，并依据冲压件断面形状尺寸确定定位面及夹紧面的加工数据，使设计和制造过程大大简化。
参考文献
[1] 林忠钦.汽车车身制造质量控制技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 熊晓萍，金权东，李春植.汽车车身焊装工艺及夹具设计[M].山东烟台：烟台大学出版社，2003.
[3] 姚春玲，张俊华，李宝顺.汽车车身装焊夹具的三维设计[J].制造业自动化，2009（7）：132-134.
关键词：汽车焊接夹具；CAD；智能化技术
引言
汽车车身是汽车的重要组成部分，是整个汽车零部件的载体，车身是具有复杂型面的壳体零件。汽车车体尺寸精度直接影响汽车的装配质量，而车体制造过程中的焊接装配工艺是车体成形的关键，也是保证车体精度的关键环节，是车身系统工程中的一个组成部分。在现代制造业中，夹具已成为保证产品质量、实行全面质量管理的重要手段，在新产品的研制过程中，夹具对缩短研制周期起着重要作用。夹具的标准化、精密化和柔性化是夹具发展的主要趋势，也是实现产更新换代和老产品改造的需要[1]。
在焊接过程中，合理的夹具结构，有利于合理安排流水线生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时。对具有多种车型的企业，若能科学地考虑共用或混型夹具，还有利于建造混型流水线，提高生产效率。
1.汽车焊接夹具结构和零部件设计研究
1.1汽车焊接夹具以及组成部件分类
汽车焊接夹具随着工业的发展种类越来越多按照动力类型、用途、工作范围、夹具结构的不同。汽车焊接夹具从驱动的方式来看主要有：无驱动夹具、手动夹具和气动夹具。其中无驱动类型的夹具主要是指只有像定位块、定位销等定位组件的夹具，它在夹紧定位过程中不需要动力；手动夹具的动力源来自人力推动，它利用了四连杆机构自锁的原理；气动夹具的动力源来自工业压缩空气这种驱动方式的夹具自动化程度较高，可节约流水线产品生产时间，因而在汽车焊装工艺生产中得到广泛应用。
1.2汽车焊接夹具结构设计研究
焊装夹具设计与车身产品设计并行车身产品设计可分为功能设计、结构设计和详细设计3个阶段。功能设计阶段是对车身产品所要完成的功能进行分析，确定实现功能的方案。在这个阶段，车身产品已具有了雏形，可以获得有关零件的基本形状和尺寸范围、结构复杂程度等相关信息。夹具工艺师可以根据这些信息回答该零件是否需要夹具、所需夹具类型、现有夹具能否满足其加工需求等问题。在此基础上初步估算夹具的准备时间和费用，以及在该产品零件的制造过程中可能受到的有关装夹的约束，并将此信息反馈给车身产品设计，以此进行结构或功能修改设计。
1.3汽车焊接夹具零部件设计研究
零部件的设计研究主要集中在零部件的标准化研究领域，另外还有零部件工程数据库建立、参数化等方面。
零部件数据库是储存数据的大型软件系统，首先将零部件参数化，并对其信息进行分类整理，采用面向对象的方法与三维建模软件实现接口对接并管理，确保设计人员可以对该数据库系统进行信息调用，直接运用到产品设计、制造等工序中，大大提高设计效率。
2.汽车焊接夹具设计方法研究
2.1基于CAFD系统的夹具设计
最初是应用设计软件的绘图功能，由设计人员建立一个由夹具零部件组成的标准件数据库，在设计过程中，设计者可以根据经验和知识选择零部件，并装配成夹具单元。随后基于二维平台设计开发的计算机辅助夹具设计系统增加了夹紧定位方法选取，工件信息增加、删除等模块，大大提高了系统的实用性。现阶段，三维绘图代替二维绘图成为CAFD系统的有力工具。多数像UG、CATIA等三维绘图软件经过二次开发建立了常用工件的标准件库，这为交互式夹具设计的发展提供了更好的平台。在新产品的更新换代过程中，交互式夹具设计系统得到了广泛应用[3]。
在竞争日益激烈的现今社会，企业经验证明，使原先证明有效的零部件占总设计部件的20%以上，因此，充分利用企业已掌握的夹具信息已成为计算机辅助夹具设计系统的关键环节，这就避免了夹具设计中重复性工作，可大大缩短研发周期。
2.2柔性焊接夹具设计
随著科技的发展，现在制造业中夹具的要求越来越高。人们提出了柔性焊接夹具设计的概念，并且在该领域作了大量的研究。柔性焊接夹具系统能够快速地适应不同几何形状零件的装夹要求，对不断变化的零件装夹需求能做出快速响应，以满足加工要求。柔性焊接夹具的主要特点表现如下：
（1）夹具组成元件少，拆装方便，一次装夹能够同时进行多个表面的加工。
（2）工件的形状和尺寸有一定变化后，夹具不仅能适应这种变化，并且还能继续使用，适应加工对象的变换。
（3）夹具结构简单，元件的拼装环节少，避免误差的累加，提高装夹精度。
（4）柔性夹具强度高和刚度大，为了降低准备时间，加工过程中可采用大切削用量。
（5）柔性焊接夹具通用性好，夹具元件可适应于多个夹具系统，满足柔性制造系统数控加工的需要。
3.夹具设计关键技术及问题
汽车焊接夹具与一般的焊接夹具一样，其基本结构和定位夹紧原理相同。但是，由于汽车焊接构件本身结构形状的特殊性，使其焊接夹具具有自身的特点，在夹具的CAD领域，其主要关键技术有：
焊装夹具工艺方案的优化，方案设计对产品结构是否合理、性能好坏及工艺成本高低等环节影响较大，智能计算机辅助设计技术的研究对提高企业竞争力具有重要的意义。
汽车焊装生产线的标准化，不仅有利于实现夹具结构的柔性化，从而适应不同的工作环境，而且为装夹工具的制造和维修带来了很大的经济效益。
汽车焊装夹具的CAD技术，基于知识的焊装夹具CAD系统中的研究，可借鉴机械加工夹具智能CAD方法进行知识提取、知识表达及推理机制等方面的研究。
4.结束语
采用车身焊装夹具设计与产品设计并行的设计方式，缩短了设计周期，降低了成本，保证了产品设计与制造的高质量。利用计算机辅助设计软件建立焊装夹具数据库和公用件系列数据库，在具体设计中根据结构形式合理选用，并依据冲压件断面形状尺寸确定定位面及夹紧面的加工数据，使设计和制造过程大大简化。
参考文献
[1] 林忠钦.汽车车身制造质量控制技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 熊晓萍，金权东，李春植.汽车车身焊装工艺及夹具设计[M].山东烟台：烟台大学出版社，2003.
[3] 姚春玲，张俊华，李宝顺.汽车车身装焊夹具的三维设计[J].制造业自动化，2009（7）：132-134.