簡述汽車夾具的自動化設計

吳坤成

摘 要：所謂的夾具，就是在汽車組裝過程中的一種組裝部件。由于夾具在組裝中所使用的時間長，并且要求其組裝的精密度高，需具備的穩定性也要高，所以在要讓零件在生產過程中保持它的技術要求，夾具的設計至關重要。然而，汽車行業中高端的夾具設計人才往往缺乏，怎樣建立一套完善的信息庫，以讓夾具在設計制造過程中形成自動化是當前迫切需研究的一個難題。縱觀現在，汽車夾具的研究更多的是關于幾何特征方面，但在汽車制造過程中，這種夾具往往不便于生產操作，順應汽車不同的生產要求，夾具的自動化設計是未來的一個重要方向。

關鍵詞：汽車；夾具；設計；零件

一、前言

就汽車生產而言，汽車夾具的使用方式直接影響到汽車生產的時間、質量、生產的規模和效率，汽車夾具只有實現高效的設計，才能快速響應市場的需求。由于汽車有各種各樣的不同型號、不同款色及不同造形，因此需要有不同的夾具配合進行生產制造，針對種類繁多的汽車，雖然夾具設計的形狀大同小異，但對夾具的要求也有千差萬別，就只從車身上說，一套完整的車身夾具基本是由地板、支撐座、過渡連接板、壓緊臂、支承、壓頭等部分構成，同時使用標準件[1]。在汽車生產過程中，所需的汽車零件夾具結構上普遍都是相似的，只有少部分的參數不同。因此，避免每次汽車生產過程都需對夾具零件進行重新建模，可以提高夾具的設計效率。對于資深的夾具設計人員，通過大量實踐積累了豐富的設計經驗，把一些大量常用的、通用性大的零件總結歸納起來，形成自己的“夾具零件庫”，在作夾具設計時，只需要把“夾具零件庫”里面的零件調出來，并把個別零件的參數稍作修改，即可能夠實現夾具的高效設計。但是，若這些零件只是單純的放在文件夾進行儲存，而沒有進行合理的整理整合，所建立的夾具庫中，依然沒有包含較為全面的夾具零件，同樣達不到高效快速設計的意義。

二、汽車夾具自動化設計的關鍵

1、汽車夾具智能化的CAD系統

如何能設計出便于生產者存儲，以及方便選取的夾具零件庫，包括把多種的零圖庫、原件庫、設計準則以及推理規則的數據系統庫，已經成為夾具設計行業及相關專業人士亟待解決的難題。

在設計過程中，CAD涉及了多方面的設計范圍：二維工程繪圖、三維幾何設計、工程數據庫管理、設計優化等多個方面。利用CAD進行二次開發，在規定時間內設計出符合要求的多種夾具元件CAD圖形數據，為柔性化制造提供了良好的開發條件，智能化的CAD系統能夠用專家系統建立的數據庫和推理機制，解決通常需要專家的智慧才能解決的復雜難題[2]。

2、建立夾具零件標準庫

對于汽車夾具來說，盡管夾具上各種零件各盡不同，但其大原則基本上都是由類似的零件組裝配置起來，零件便成為夾具最基礎的一個分子。為了讓夾具走向CAD與智能化，首先要讓夾具的零件做成一個標準的零件庫，設計員便可以在設計夾具的時候從零件庫里面調用這些零件，使其在虛擬環境成為一套完整的夾具。這樣的話，設計員便可以設計出零件的二維設計圖，在虛擬環境下進行二維空間的裝配，如果把已經設計好的夾具方法進行儲存，下一次再想調用此案例的夾具，此時夾具庫中已經儲存的二維零件和組裝配圖，這樣就有利設計人員減少設計中的重復率，減少夾具的設計周期，提高工作效率。因為，夾具零件在設計過程中都使用企業的內部標準化進行設計的，針對不同的零件都有不同的草圖不同，零件的草圖都具備獨立性，如此一來，讓設計人員清楚易懂。同時也方便各自設計員進行針對性的修改與溝通。最后，因為獨立的零件草圖也讓每個零件都容易刪除、修改以及移動，這也是提高設計人員工作效率的方法。

利用尺寸驅動的方式，讓夾具各部分零件變成參數化，要成為參數化，是用一種參數來定義幾何圖形的尺寸并與約定尺寸關系，提供設計者進行幾何造型[3]。因為在設計過程中，夾具庫里擁有簡單的求解過程，并且設計者與參數形成有對應的關系，在參數化設計的影響下，便大大提高設計者設計夾具的工作效率以及修改夾具的速度。

3、利用夾緊方案設計子系統

設計者獲得的三維狀態的參數由該子系統的輔助夾具提供，從而根據參數進行夾緊的方案設計。為了取得覆蓋面上準確的空間幾何參數數據，從而獲得產品參數的信息必須在計算機上建立一套覆蓋面具有準確參數的幾何圖形或者實體模型。產品的作業基準，產品的作業高度，產品的元點放置基準分別由產品的設計基準、作業高度以及產品外形焊接要求組成。為了確定焊接工人的定位方式、焊接夾緊力的大小以及焊接形成的組合結構，需理解分析工件作為汽車生產上的哪個部位的部件。用來調用標準零件以及儲存件庫。需在尺寸驅動和特征抑制這技術上生成汽車夾具零部件二維圖。最后針對夾具的特征以及裝配方式進行分析，使其投影成二維圖。

4、文檔的技術管理

由于現在計算機的數據庫已經作為計算機信息管理的基礎，從而代替了各個企業使用普通的文件以及圖紙等初級的管理方式。并且，計算機的數據庫能讓各個部門的技術和咨詢進行有效流通，此外也能適應CAD不斷發展的技術。這樣便于管理者并且有效提高管理者效率，減少在查詢資料上耗用的時間。并且，這種計算機管理技術能夠使文檔數據進行安全的管理，穩定性更高。這種數據管理方式，還涉及多種領域包含工藝信息的管理、夾具的圖紙模塊。它們同樣用二維夾具圖進行讀取標注，再對其進行分類。

三、結束語

利用現有的CAD系統數據，能夠減少設計夾具中的工作量并且節約時間與金錢，縮短短產周期。若需要重新研發一套新的CAD系統，無疑耗費大量的人力物力資源。在三維CAD平臺的設計基礎上提出有關案例的設計流程，針對夾具設計的智能化自動化提出重要的理論基礎相應的實用價值。構建參數化的夾具數據庫，能夠有效提取每個案例的特征信息。例如；夾具的類型、夾具的結構、夾具所適用的場合以及夾具的參數特征等等。這樣的特征正是夾具智能自動化信息的體現。設計員便可以根據夾具的工藝要求在夾具庫里選擇相應的夾具結構。再借助CAD系統的二次開發，完成自動裝配，從而提高設計中的效率。

參考文獻

[1]曾定洲，殷國富，胡柴根等.汽車焊裝夾具三維圖庫CATIA參數化開發[J].機械設計與制造，2013（9）：255-258.

[2]吳衛東，閔新力，萬德安等.用專家系統方法進行汽車夾具的自動化設計[J].機械工程師，1999（12）：7-9.

[3]徐芹亮 張俊華.基于案例的汽車焊接夾具設計研究[D].機械設計與制造，2007.