基于規則的焊裝夾具參數的選取

牛德青 李樹敏

摘 要：針對汽車車身焊裝夾具設計的工作原理，結合汽車焊裝夾具設計經驗，介紹了基于規則和遺傳算法的焊裝夾具參數的選取方法。

關鍵詞：汽車焊裝夾具；CAD；知識庫

1 前言

汽車車身焊裝夾具設計時，參數要滿足一定的約束條件，本文從理論上給夾具設計者提供了參數的選取規律和方法，并運用遺傳算法對夾具的主控參數進行優化，最后詳細給出了參數的優化結果。

2 焊裝夾具的工作原理

汽車焊裝夾具中最常用的結構是一節旋轉銷結構，因此我們選用該結構類型的汽車焊裝夾具來進行參數優化和分析。如圖1所示，圖中的虛線為汽車工件的PANEL文件，夾緊氣缸中的活塞桿上下運動推動壓板繞銷軸轉動，從而改變氣缸作用力的大小和夾緊方向[1-2]。

3 焊裝夾具的參數約束

3.1 汽車焊裝夾具參數描述

氣缸有多種類型，這里我們以φ63氣缸為例。圖2描述了壓板打開和夾緊的兩種狀態，OP2Z對應氣缸活塞的壓板打開狀態，氣缸的外形尺寸決定了P2Z的長度，即。OP1Z對應氣缸活塞的壓板夾緊狀態，壓板繞銷軸支點O做圓周運動，回轉半徑相同，所以得出OP1=OP2，其實際尺寸由壓板的具體尺寸來決定。ZP1的值決定于氣缸的伸出行程，假設氣缸的行程為S，則有。

（1）圖中K1，K2為夾具所夾持的沖壓件PANEL部分，其長度定為K1K2=E。

（2）點O，K2之間的水平、豎直距離分別定為X，Y。

（3）壓板繞銷軸O旋轉的左側力臂為C，右側力臂為B，OP1間的豎直距離為A。

（4）為壓板的打開角度，角度的大小決定了氣缸中活塞的移動距離，同時也影響了壓板的打開狀態。壓板在打開后與焊接件的上、下料位置之間有足夠的空間，不能與上下料處發生干涉，一般情況下。

夾具設計時獨立的參數有X，Y，A，B，C。而E、F為非獨立的參數，可以用其他的量通過運算表示出來：E=C-X。

3.2 參數要滿足的約束

3.2.1 約束一

壓板在打開后與焊接件的上、下料位置之間有足夠的空間，不能與上下料處發生干涉，一般情況下有。

當壓板與定位板鉸接的旋轉點位于沖壓件下方時，可根據圖2來求F的表達式，即

3.2.2 約束二

夾具在夾緊工件時要滿足的要求：夾緊力不能過小，防止焊件松動滑移；夾緊力不能過大，防止焊件受力過大產生變形。夾緊力的大小一般根據經驗公式來確定：夾緊力。

圖3為汽車焊裝夾具夾緊力描述，當夾具夾緊工件時，由杠桿定理建立平衡方程，即

4 焊裝夾具的參數確定

φ63氣缸主要有CP1A63_50Y_45，CP1A63_75Y_70，CP1A63_100Y_95和CP1A63_125Y_120，CP1A63_150Y_145五種類型，每種氣缸對應不同的參數選取為根據給出參數滿足的取值范圍，并在滿足前面所述約束的條件下，通過MATLAB軟件得出該氣缸的參數取值。通常在夾具圖中主控點信息中來提取E的值，根據此處的E值進行氣缸種類的選取。在有多組數據同時滿足時，我們遵循氣缸行程小、夾具體積小為先的原則。經過運算得出不同氣缸所對應的E的取值范圍如表1所示[3-4]。

5 小結

本文介紹了基于規則的焊裝夾具參數的選取，給出了參數知識的獲取和表示方法。同時介紹了汽車焊裝夾具的結構特點和工作原理，以及夾具設計時，參數要滿足的約束條件，從理論上給夾具設計者提供了參數的選取規律和方法。

參考文獻

[1]熊曉萍.汽車車身焊裝夾具運動機構淺析[J].工藝與工藝裝備，2005，（1）：80-82.

[2]姚春玲，張俊華.基于混合推理的汽車焊裝夾具設計支持技術的研究[D].煙臺大學，2010.

[3]劉尚仁.基于知識的汽車焊裝夾具CAD系統模型和知識庫的研究與開發[D].煙臺大學，2004.

（作者單位：1.青島達諾海洋工程設計有限公司；2.中集海洋工程研究院有限公司）