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(shí)間長，并且要求其組裝的精密度高，需具備的穩(wěn)定性也要高，所以在要讓零件在生產(chǎn)過程中保持它的技術(shù)要求，夾具的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。然而，汽車行業(yè)中高端的夾具設(shè)計(jì)人才往往缺乏，怎樣建立一套完善的信息庫，以讓夾具在設(shè)計(jì)制造過程中形成自動(dòng)化是當(dāng)前迫切需研究的一個(gè)難題?？v觀現(xiàn)在，汽車夾具的研究更多的是關(guān)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(chǎn)操作，順應(yīng)汽車不同的生產(chǎn)要求，夾具的自動(dòng)化設(shè)計(jì)是未來的一個(gè)重要方向。

關(guān)鍵詞：汽車；夾具；設(shè)計(jì)；零件

一、前言

就汽車生產(chǎn)而言，汽車夾具的使用方式直接影響到汽車生產(chǎn)的時(shí)間、質(zhì)量、生產(chǎn)的規(guī)模和效率，汽車夾具只有實(shí)現(xiàn)高效的設(shè)計(jì)，才能快速響應(yīng)市場的需求。由于汽車有各種各樣的不同型號(hào)、不同款色及不同造形，因此需要有不同的夾具配合進(jìn)行生產(chǎn)制造，針對種類繁多的汽車，雖然夾具設(shè)計(jì)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(gòu)成，同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)件[1]。在汽車生產(chǎn)過程中，所需的汽車零件夾具結(jié)構(gòu)上普遍都是相似的，只有少部分的參數(shù)不同。因此，避免每次汽車生產(chǎn)過程都需對夾具零件進(jìn)行重新建模，可以提高夾具的設(shè)計(jì)效率。對于資深的夾具設(shè)計(jì)人員，通過大量實(shí)踐積累了豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，把一些大量常用的、通用性大的零件總結(jié)歸納起來，形成自己的“夾具零件庫”，在作夾具設(shè)計(jì)時(shí)，只需要把“夾具零件庫”里面的零件調(diào)出來，并把個(gè)別零件的參數(shù)稍作修改，即可能夠?qū)崿F(xiàn)夾具的高效設(shè)計(jì)。但是，若這些零件只是單純的放在文件夾進(jìn)行儲(chǔ)存，而沒有進(jìn)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(dá)不到高效快速設(shè)計(jì)的意義。

二、汽車夾具自動(dòng)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

1、汽車夾具智能化的CAD系統(tǒng)

如何能設(shè)計(jì)出便于生產(chǎn)者存儲(chǔ)，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(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及推理規(guī)則的數(shù)據(jù)系統(tǒng)庫，已經(jīng)成為夾具設(shè)計(jì)行業(yè)及相關(guān)專業(yè)人士亟待解決的難題。

在設(shè)計(jì)過程中，CAD涉及了多方面的設(shè)計(jì)范圍：二維工程繪圖、三維幾何設(shè)計(jì)、工程數(shù)據(jù)庫管理、設(shè)計(jì)優(yōu)化等多個(gè)方面。利用CAD進(jìn)行二次開發(fā)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出符合要求的多種夾具元件CAD圖形數(shù)據(jù)，為柔性化制造提供了良好的開發(fā)條件，智能化的CAD系統(tǒng)能夠用專家系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)庫和推理機(jī)制，解決通常需要專家的智慧才能解決的復(fù)雜難題[2]。

2、建立夾具零件標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)的一個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的零件庫，設(shè)計(jì)員便可以在設(shè)計(jì)夾具的時(shí)候從零件庫里面調(diào)用這些零件，使其在虛擬環(huán)境成為一套完整的夾具。這樣的話，設(shè)計(jì)員便可以設(shè)計(jì)出零件的二維設(shè)計(jì)圖，在虛擬環(huán)境下進(jìn)行二維空間的裝配，如果把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的夾具方法進(jìn)行儲(chǔ)存，下一次再想調(diào)用此案例的夾具，此時(shí)夾具庫中已經(jīng)儲(chǔ)存的二維零件和組裝配圖，這樣就有利設(shè)計(jì)人員減少設(shè)計(jì)中的重復(fù)率，減少夾具的設(shè)計(jì)周期，提高工作效率。因?yàn)椋瑠A具零件在設(shè)計(jì)過程中都使用企業(yè)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行設(shè)計(jì)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(dú)立性，如此一來，讓設(shè)計(jì)人員清楚易懂。同時(shí)也方便各自設(shè)計(jì)員進(jìn)行針對性的修改與溝通。最后，因?yàn)楠?dú)立的零件草圖也讓每個(gè)零件都容易刪除、修改以及移動(dòng)，這也是提高設(shè)計(jì)人員工作效率的方法。

利用尺寸驅(qū)動(dòng)的方式，讓夾具各部分零件變成參數(shù)化，要成為參數(shù)化，是用一種參數(shù)來定義幾何圖形的尺寸并與約定尺寸關(guān)系，提供設(shè)計(jì)者進(jìn)行幾何造型[3]。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程中，夾具庫里擁有簡單的求解過程，并且設(shè)計(jì)者與參數(shù)形成有對應(yīng)的關(guān)系，在參數(shù)化設(shè)計(jì)的影響下，便大大提高設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)夾具的工作效率以及修改夾具的速度。

3、利用夾緊方案設(shè)計(jì)子系統(tǒng)

設(shè)計(jì)者獲得的三維狀態(tài)的參數(shù)由該子系統(tǒng)的輔助夾具提供，從而根據(jù)參數(shù)進(jìn)行夾緊的方案設(shè)計(jì)。為了取得覆蓋面上準(zhǔn)確的空間幾何參數(shù)數(shù)據(jù)，從而獲得產(chǎn)品參數(shù)的信息必須在計(jì)算機(jī)上建立一套覆蓋面具有準(zhǔn)確參數(shù)的幾何圖形或者實(shí)體模型。產(chǎn)品的作業(yè)基準(zhǔn)，產(chǎn)品的作業(yè)高度，產(chǎn)品的元點(diǎn)放置基準(zhǔn)分別由產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、作業(yè)高度以及產(chǎn)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(jié)構(gòu)，需理解分析工件作為汽車生產(chǎn)上的哪個(gè)部位的部件。用來調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)零件以及儲(chǔ)存件庫。需在尺寸驅(qū)動(dòng)和特征抑制這技術(shù)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(jìn)行分析，使其投影成二維圖。

4、文檔的技術(shù)管理

由于現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫已經(jīng)作為計(jì)算機(jī)信息管理的基礎(chǔ)，從而代替了各個(gè)企業(yè)使用普通的文件以及圖紙等初級的管理方式。并且，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫能讓各個(gè)部門的技術(shù)和咨詢進(jìn)行有效流通，此外也能適應(yīng)CAD不斷發(fā)展的技術(shù)。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(shí)間。并且，這種計(jì)算機(jī)管理技術(shù)能夠使文檔數(shù)據(jù)進(jìn)行安全的管理，穩(wěn)定性更高。這種數(shù)據(jù)管理方式，還涉及多種領(lǐng)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(jìn)行讀取標(biāo)注，再對其進(jìn)行分類。

三、結(jié)束語

利用現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能夠減少設(shè)計(jì)夾具中的工作量并且節(jié)約時(shí)間與金錢，縮短短產(chǎn)周期。若需要重新研發(fā)一套新的CAD系統(tǒng)，無疑耗費(fèi)大量的人力物力資源。在三維CAD平臺(tái)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提出有關(guān)案例的設(shè)計(jì)流程，針對夾具設(shè)計(jì)的智能化自動(dòng)化提出重要的理論基礎(chǔ)相應(yīng)的實(shí)用價(jià)值。構(gòu)建參數(shù)化的夾具數(shù)據(jù)庫，能夠有效提取每個(gè)案例的特征信息。例如；夾具的類型、夾具的結(jié)構(gòu)、夾具所適用的場合以及夾具的參數(shù)特征等等。這樣的特征正是夾具智能自動(dòng)化信息的體現(xiàn)。設(shè)計(jì)員便可以根據(jù)夾具的工藝要求在夾具庫里選擇相應(yīng)的夾具結(jié)構(gòu)。再借助CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)，完成自動(dòng)裝配，從而提高設(shè)計(jì)中的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]曾定洲，殷國富，胡柴根等.汽車焊裝夾具三維圖庫CATIA參數(shù)化開發(fā)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（9）：255-258.

[2]吳衛(wèi)東，閔新力，萬德安等.用專家系統(tǒng)方法進(jìn)行汽車夾具的自動(dòng)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)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(shè)計(jì)研究[D].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007.