简述汽车夹具的自动化设计

吴坤成

摘 要：所谓的夹具，就是在汽车组装过程中的一种组装部件。由于夹具在组装中所使用的时间长，并且要求其组装的精密度高，需具备的稳定性也要高，所以在要让零件在生产过程中保持它的技术要求，夹具的设计至关重要。然而，汽车行业中高端的夹具设计人才往往缺乏，怎样建立一套完善的信息库，以让夹具在设计制造过程中形成自动化是当前迫切需研究的一个难题。纵观现在，汽车夹具的研究更多的是关于几何特征方面，但在汽车制造过程中，这种夹具往往不便于生产操作，顺应汽车不同的生产要求，夹具的自动化设计是未来的一个重要方向。

关键词：汽车；夹具；设计；零件

一、前言

就汽车生产而言，汽车夹具的使用方式直接影响到汽车生产的时间、质量、生产的规模和效率，汽车夹具只有实现高效的设计，才能快速响应市场的需求。由于汽车有各种各样的不同型号、不同款色及不同造形，因此需要有不同的夹具配合进行生产制造，针对种类繁多的汽车，虽然夹具设计的形状大同小异，但对夹具的要求也有千差万别，就只从车身上说，一套完整的车身夹具基本是由地板、支撑座、过渡连接板、压紧臂、支承、压头等部分构成，同时使用标准件[1]。在汽车生产过程中，所需的汽车零件夹具结构上普遍都是相似的，只有少部分的参数不同。因此，避免每次汽车生产过程都需对夹具零件进行重新建模，可以提高夹具的设计效率。对于资深的夹具设计人员，通过大量实践积累了丰富的设计经验，把一些大量常用的、通用性大的零件总结归纳起来，形成自己的“夹具零件库”，在作夹具设计时，只需要把“夹具零件库”里面的零件调出来，并把个别零件的参数稍作修改，即可能够实现夹具的高效设计。但是，若这些零件只是单纯的放在文件夹进行储存，而没有进行合理的整理整合，所建立的夹具库中，依然没有包含较为全面的夹具零件，同样达不到高效快速设计的意义。

二、汽车夹具自动化设计的关键

1、汽车夹具智能化的CAD系统

如何能设计出便于生产者存储，以及方便选取的夹具零件库，包括把多种的零图库、原件库、设计准则以及推理规则的数据系统库，已经成为夹具设计行业及相关专业人士亟待解决的难题。

在设计过程中，CAD涉及了多方面的设计范围：二维工程绘图、三维几何设计、工程数据库管理、设计优化等多個方面。利用CAD进行二次开发，在规定时间内设计出符合要求的多种夹具元件CAD图形数据，为柔性化制造提供了良好的开发条件，智能化的CAD系统能够用专家系统建立的数据库和推理机制，解决通常需要专家的智慧才能解决的复杂难题[2]。

2、建立夹具零件标准库

对于汽车夹具来说，尽管夹具上各种零件各尽不同，但其大原则基本上都是由类似的零件组装配置起来，零件便成为夹具最基础的一个分子。为了让夹具走向CAD与智能化，首先要让夹具的零件做成一个标准的零件库，设计员便可以在设计夹具的时候从零件库里面调用这些零件，使其在虚拟环境成为一套完整的夹具。这样的话，设计员便可以设计出零件的二维设计图，在虚拟环境下进行二维空间的装配，如果把已经设计好的夹具方法进行储存，下一次再想调用此案例的夹具，此时夹具库中已经储存的二维零件和组装配图，这样就有利设计人员减少设计中的重复率，减少夹具的设计周期，提高工作效率。因为，夹具零件在设计过程中都使用企业的内部标准化进行设计的，针对不同的零件都有不同的草图不同，零件的草图都具备独立性，如此一来，让设计人员清楚易懂。同时也方便各自设计员进行针对性的修改与沟通。最后，因为独立的零件草图也让每个零件都容易删除、修改以及移动，这也是提高设计人员工作效率的方法。

利用尺寸驱动的方式，让夹具各部分零件变成参数化，要成为参数化，是用一种参数来定义几何图形的尺寸并与约定尺寸关系，提供设计者进行几何造型[3]。因为在设计过程中，夹具库里拥有简单的求解过程，并且设计者与参数形成有对应的关系，在参数化设计的影响下，便大大提高设计者设计夹具的工作效率以及修改夹具的速度。

3、利用夹紧方案设计子系统

设计者获得的三维状态的参数由该子系统的辅助夹具提供，从而根据参数进行夹紧的方案设计。为了取得覆盖面上准确的空间几何参数数据，从而获得产品参数的信息必须在计算机上建立一套覆盖面具有准确参数的几何图形或者实体模型。产品的作业基准，产品的作业高度，产品的元点放置基准分别由产品的设计基准、作业高度以及产品外形焊接要求组成。为了确定焊接工人的定位方式、焊接夹紧力的大小以及焊接形成的组合结构，需理解分析工件作为汽车生产上的哪个部位的部件。用来调用标准零件以及储存件库。需在尺寸驱动和特征抑制这技术上生成汽车夹具零部件二维图。最后针对夹具的特征以及装配方式进行分析，使其投影成二维图。

4、文档的技术管理

由于现在计算机的数据库已经作为计算机信息管理的基础，从而代替了各个企业使用普通的文件以及图纸等初级的管理方式。并且，计算机的数据库能让各个部门的技术和咨询进行有效流通，此外也能适应CAD不断发展的技术。这样便于管理者并且有效提高管理者效率，减少在查询资料上耗用的时间。并且，这种计算机管理技术能够使文档数据进行安全的管理，稳定性更高。这种数据管理方式，还涉及多种领域包含工艺信息的管理、夹具的图纸模块。它们同样用二维夹具图进行读取标注，再对其进行分类。

三、结束语

利用现有的CAD系统数据，能够减少设计夹具中的工作量并且节约时间与金钱，缩短短产周期。若需要重新研发一套新的CAD系统，无疑耗费大量的人力物力资源。在三维CAD平台的设计基础上提出有关案例的设计流程，针对夹具设计的智能化自动化提出重要的理论基础相应的实用价值。构建参数化的夹具数据库，能够有效提取每个案例的特征信息。例如；夹具的类型、夹具的结构、夹具所适用的场合以及夹具的参数特征等等。这样的特征正是夹具智能自动化信息的体现。设计员便可以根据夹具的工艺要求在夹具库里选择相应的夹具结构。再借助CAD系统的二次开发，完成自动装配，从而提高设计中的效率。

参考文献

[1]曾定洲，殷国富，胡柴根等.汽车焊装夹具三维图库CATIA参数化开发[J].机械设计与制造，2013（9）：255-258.

[2]吴卫东，闵新力，万德安等.用专家系统方法进行汽车夹具的自动化设计[J].机械工程师，1999（12）：7-9.

[3]徐芹亮 张俊华.基于案例的汽车焊接夹具设计研究[D].机械设计与制造，2007.