汽車焊裝夾具的參數化設計

王韞韜+周迪

摘 要：汽車焊裝夾具設計開發速度和制造質量直接影響汽車的生產規模、上市速度和制造精度。傳統汽車焊裝夾具開發周期長，跟不上市場對焊裝線的需求，為了提高焊裝夾具設計效率，本文研究了汽車焊裝夾具參數化設計，以供參考。

關鍵詞：汽車；焊裝夾具；參數化設計

汽車焊裝夾具是整車四大工藝焊裝工藝中不可或缺的重要工藝裝備，焊裝夾具的設計水平直接關系到車身總成的焊接質量和生產節拍。因此，提高焊裝夾具的設計質量，縮短設計周期，降低設計成本，對新車型的開發、生產都具有非常重要的意義。

一、汽車焊裝夾具的組成

（一）底板。夾具底板是焊接夾具的基礎元件，它主要起支撐一個工位的焊裝夾具的作用。其它機構都是在底板的基礎上裝配起來的；它是其它機構裝配的定位基準和參照，它的精度直接影響其它機構安裝的準確性，其工作平面的平面度、表面粗糙度以及鉆孔的位置精度均有嚴格的要求。

（二）定位機構。定位機構由定位元件組合而成，其主要作用是確定工件在夾具中的準確位置。定位機構中的零部件通常包括支架、限位塊、插銷、固定銷、擋鐵、L（U，F，V，T等）型定位塊，以及根據焊件實際形狀確定的定位塊等。支架通過螺栓固定在底板上，支架和底板之間要有絕緣層絕緣。各類銷、塊則通過螺栓安裝在支架上，銷、塊與支架之間可用墊片來調整銷、塊的安裝位置，以保證定位焊裝精度。在設計制造時應具有足夠的剛性和硬度、設計成組合可調式的、采用標準化模塊化設計、選用統一的厚度尺寸。

（三）夾緊機構。夾緊機構可分為手動夾緊和氣動夾緊兩種機構，手動夾緊一般為四桿自鎖機構；氣動夾緊一般由動力源（汽缸）、傳力機構（轉臂）以及夾緊元件（壓塊）組成，其作用是保持工件由定位所取得的確定位置并抵抗系統所受外力及其影響，使焊裝過程得以順利實現。夾緊機構在設計制造時應滿足結構簡單、動作迅速，能夠大批量生產；手動夾緊能自鎖；二次夾緊或多點夾緊時，幾個夾緊機構需串聯或并聯在一起使用；對于定位精度較低的焊件能實現夾緊和定位同時進行。

（四）輔助機構。輔助機構的作用主要是為了使焊接過程更方便快捷的實施。在焊接過程中發揮著重要作用。常用輔助機構主要有：翻轉平臺、旋轉平臺和舉升機構等。翻轉和旋轉平臺使焊接件能夠在水平面或者垂直面進行各種角度的旋轉以方便焊裝過程順利快捷的實施。舉升機構取下焊接完畢人工不易取下的大型焊件。翻轉、旋轉平臺和舉升機構都必須帶有氣動制動裝置，以穩定整個焊裝平臺，防止安全事故發生。

二、汽車車身焊裝夾具的特點

在焊裝過程中使用的是多點定位夾緊的專用焊裝夾具，以保證各零件或組件在焊接處準確定位并且緊密貼合，保證整個車身的裝配精度和焊接質量。從結構、定位和夾緊這三個方面來分析，汽車車身焊裝夾具有以下特點。

（一）焊裝夾具的結構特點。從整體上來看，車身焊裝夾具體積龐大、結構復雜、形狀各異。為了便于制造、裝配、檢測和維修，必須對夾具的各個組成結構按類別進行分解，分解之后夾具的每類零件具有一定的相似性；從結構上分析幾乎都是一樣的，只有在尺寸上有所差異。因此在焊裝夾具設計時，按每類零件進行設計，會起到事半功倍的效果。正是由于焊裝夾具的這些結構特點決定了采用參數化設計技術設計焊裝夾具的可行性。

（二）焊裝夾具的定位特點。焊裝夾具對焊接件定位采用“N-2-1”定位原理進行定位，為了防止過定位或者由于欠定位導致的焊接件松動、變形，在設置定位元件時要充分利用工件裝配的相互依賴關系作為自然的定位支承，定位元件所定位的定位點盡量均勻的分布在焊接件上。由于車身焊裝夾具大都以車身沖壓件的曲面外型、曲面上整形過的平臺、拉延或者壓彎成型的臺階、經修邊的窗口和外部邊緣、裝配孔和工藝孔定位，所以焊裝夾具的定位元件與焊接件接觸的部位形狀都是比較特殊而且角度也各不相同，需人工對該部位進行修型。定位板所用鋼板一般用Q235，厚度為16-20mm。定位塊間距既要保證定位精度，又要保證焊接的方便性。

（三）焊裝夾具的夾緊特點。車身焊裝夾具的夾緊力主要用于保持工件裝配的相對位置，克服工件的彈性變形，使其與定位支承或導電電極貼合。為了防止在施加夾緊力的時候汽車車身薄板沖壓件受力變形脫離定位基準，一個夾緊點一般對應一個定位點；只有對于剛性很好的零件才允許夾緊點作用力作用在幾個定位支承點所組成的平面內。焊接是在兩個工件間進行，夾緊點比較多，夾緊應采用高效快速裝置和多點連動機構，以減少裝卸工件的輔助時間。

三、數化設計的具體實施

（一）概述。本文所講述的夾具參數化設計是運用CATIAV5作為三維設計軟件，除了基本命令外，主要還涉及軟件中的知識工程模塊和命令，可進行參數的建立、規則的編寫等，另外，在CATIAV5軟件中可以通過表格來獲得標準件和通用件的尺寸，在保存零件尺寸的數據時以表格的形式存放在相應文件中，使表格中的數據與三維參數模型建立聯系。CATIAV5參數化設計應用的主要模塊有：HD2、KWA、PKT。

（二）模板參數化設計流程。模板的參數化設計流程可分為骨架設計、詳細零部件設計、模板制作和模板入庫管理4個步驟，如圖1所示。

四、結語

總而言之，汽車焊裝試制夾具的參數化設計，可有效縮短新車型的開發周期，提升汽車企業的核心競爭力，值得推廣和應用。

參考文獻：

[1]李國林.汽車焊裝夾具的優化設計及知識表達[D].煙臺大學，2014.

[2]王方倫.基于混合推理的汽車焊裝夾具智能設計系統的研究與開發[D].煙臺大學，2016.