汽车焊接夹具的标准化设计及其关键技术研究

    焊接夹具的设计是机械制造过程中的一个重要组成部分，也是生产过程中的关键环节。汽车焊接零部件产品具有产品更新快、设计周期短的行业特点，因此建立焊接夹具的标准化设计能够有效地缩短夹具设计周期。

1 汽车焊接夹具标准化设计研究进展

    汽车焊接夹具的设计水平制约了汽车零部件的产品质量，据美国汽车工业的统计表明，七成以上的汽车制造误差来源于焊接夹具的设计缺陷。邢志、肖国强四对汽车焊接夹具设计中的已有研究方法进行了总结概述，并阐述了夹具设计对车身尺寸精度提高的重要性。张莉彦、邵晨等四通过相似度计算，对汽车焊接生产线的夹具设备建立了夹具设计库。

2 汽车焊接夹具标准化设计的关键技术

2.1 建立汽车焊接夹具类似零部件的标准化数据库

    尽管各类型的汽车焊接夹具间结构、尺寸等类型差异较大，但仍可按照不同的方式进行归类整理，并对同类型的夹具零部件进行尺寸的参数化分类。通过建立夹具类似零部件的标准化数据库，方便用户在夹具设计过程中的选取和调用。使用过程中，先选取所需的夹具类型主参数，再对该类型的夹具尺寸参数进行调整，直至满足夹具设计中所需的要求。对汽车焊接夹具设计中的常用元器件进行归类，大致分为：标准元件、常用机构、外购件等。

    1)标准件的标准化数据库建立。例如某型号标准件含有四个参数：长度L，宽度B，厚度T，孔径D。夹具设计选用该类型标准件时，只需对上述四个参数进行赋值，即可寻找到数据库中唯一对应上述参数的该类型标准件。如果参数赋值过程中，所需要参数的标准件不存在数据库中，数据库会提示出可供选择参数，从而避免参数赋值过程的随意性操作；2)常用机构的标准化数据库建立。常用机构是指汽车焊接夹具设计过程中使用频率较高、功能较为统一的机构，如顶升机构、翻转机构等。汽车零部件焊接生产线上，机构的数量大、种类多，但仍可将这一类的常用机构进行归类整理，建立常用机构的标准化数据库，从而缩短焊接夹具设计的周期；3)外购件的标准化数据库建立。常见的外购件包括气缸、导轨、运动执行机构等，相对于标准件而言，夹具设计中外购件的选取余地不大。对外购件建立标准化数据库后，只需对关键的使用参数进行赋值，在满足夹具设计要求的情况下，无需关注外购件的细节部分参数。以气缸为例，在满足重量、运动轨迹、不干涉的要求下，无需关注于气缸的内部结构、局部尺寸等次要的参数。基于参数化的汽车焊接夹具标准化数据库建立后，只需对零部件的可供选择参数进行赋值，即可对应唯一零部件供设计使用。该标准化数据库的流程图如图1所示。

2.2 汽车焊接夹具的工艺设计

    汽车焊接夹具工艺设计对汽车焊接部件的质量要求至关重要，尤其是工艺卡片对产出的工艺设计、生产制造、装配调试具有指导性作用。

    汽车焊接夹具工艺设计内容包括生产节拍的设计和设计任务书的制定，生产节拍的计算可按照式(1)计算，

图1 式（1）

    式中，k，为工时利用率；也为设备利用率。

图2 标准化数据库的流程图

2.3 汽车焊接夹具的机构运动分析

    机构中一定数量的运动副连接从而能够产生机构的运动。焊接夹具设计中最常用的运动机构属于一类四连杆机构，其主要形式分为三类：1)摆动导杆机构，图2(a)中气缸的活塞杆推动压板转动从而对工件进行夹紧；2)曲柄滑块机构，图2(b)中连杆绕支点做曲柄转动，压板绕支点转动，且气缸导杆做直线运动，于是压板的运动轨迹为曲线；3)自锁机构，图2(c)中机构的锁紧状态实现了对工件的夹紧。

图3 汽车焊接夹具的常用运动机构

3 结论

    本文对汽车焊接夹具标准化设计中的关键技术进行讨论，建立了类似零部件的标准化数据库，对汽车焊接夹具设计中的常见运动机构进行了原理分析。工程实践表明，焊机夹具标准化库的使用能够有效缩短夹具设计周期，从而满足汽车零部件制造业产品更新快速的行业特点，显著提升经济效益。