汽車焊裝夾具專用設(shè)計(jì)模塊研究

張振東

摘 要：汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了全民經(jīng)濟(jì)，而汽車焊裝夾具在整個(gè)汽車生產(chǎn)加工以及裝配過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。本文基于CATIA平臺(tái)，通過(guò)研發(fā)汽車焊裝夾具專用設(shè)計(jì)模塊，旨在提高汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)速度與質(zhì)量，便于在設(shè)計(jì)模型中完成零件的快速設(shè)計(jì)、賦值以及方案優(yōu)化，進(jìn)而為汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造更多有利條件。

關(guān)鍵詞：汽車焊裝夾具;專用設(shè)計(jì)模塊;CATIA

焊裝夾具指的是可以把零件定位在固定的位置上，同時(shí)保證零件固定速度以及準(zhǔn)確性，避免零件固定后出現(xiàn)偏移的一種裝置，焊裝夾具是進(jìn)行汽車焊裝生產(chǎn)的重要手段。汽車的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要重復(fù)性生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，夾具如果出現(xiàn)變形或移動(dòng)，則生產(chǎn)的零部件不能滿足后期裝配要求，影響到整個(gè)汽車加工質(zhì)量[1]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)焊裝夾具的研究多通過(guò)建立參數(shù)化零件庫(kù)，實(shí)現(xiàn)零件的有效生產(chǎn)與加工，當(dāng)然因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)中涉及內(nèi)容較多，實(shí)際應(yīng)用存在較多問(wèn)題。本文基于CATIA平臺(tái)，通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)模塊，提高汽車焊裝夾具的工作效率，現(xiàn)就相關(guān)內(nèi)容分析如下：

1 汽車焊裝夾具的結(jié)構(gòu)組成

現(xiàn)階段使用的焊裝夾具有多種類型，不過(guò)其總體結(jié)構(gòu)卻較相似。汽車焊裝夾具主要結(jié)構(gòu)有：（1）底板，底板是夾具的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)多為孔系結(jié)構(gòu)或者槽系結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著整體支撐作用，底板加工以及安裝精度對(duì)整個(gè)焊裝夾具的精度影響較大，加工期間要求其表面粗糙度、形位公差需要嚴(yán)格處于限定范圍內(nèi);（2）定位模塊，該模塊屬于焊裝夾具的主要組成部分，設(shè)計(jì)過(guò)程中要求較多，比如剛度、定位精度、硬度、可維修性、可調(diào)性、尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化與系列化，上述要求都是保證其定位準(zhǔn)確的前提[2];（3）夾緊模塊，該模塊也是汽車焊裝夾具的主要組成，設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)其夾緊力有嚴(yán)格要求，同時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)要求有較高的自動(dòng)化程度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有較強(qiáng)的可操作性與安全性。氣動(dòng)夾緊單元也有較多的組成，比如連接板、銷軸、支撐塊、限位塊、氣缸等等;（4）其它必要性輔助系統(tǒng)，汽車焊裝夾具在實(shí)際夾緊過(guò)程中，還需要完成一些操作，比如移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等這些都需要有其它的輔助系統(tǒng)?？傊嚭秆b夾具的結(jié)構(gòu)組成包含多個(gè)部位，不同部位以及構(gòu)成均有相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。

2 汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

汽車焊裝夾具通常采取模塊化形式進(jìn)行拆分設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法不僅有助于提高設(shè)計(jì)效能，同時(shí)對(duì)后期的制造、組裝、調(diào)試、維修以及檢測(cè)等均有較高要求，通過(guò)多個(gè)設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)與聯(lián)合，共同形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜與體積龐大的汽車焊裝夾具。根據(jù)汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，沖壓成型的薄壁板是汽車車身的主要組成，該夾具定位以“N-2-1”定位形式為主，一般情況下N超過(guò)3，為保證系統(tǒng)剛度要求，減少在夾具使用期間可能出現(xiàn)的變形，夾具定位需要應(yīng)用過(guò)定位形式。夾具應(yīng)用過(guò)程中不僅有較多的夾緊點(diǎn)，同時(shí)零件為薄壁型，因而夾緊形式需要采取高效快速裝置。夾緊點(diǎn)與支撐點(diǎn)距離較近，不同厚度鋼板對(duì)應(yīng)的夾緊力取值也有不同，如果鋼板厚度不足1.2mm，夾緊力在300-750N，1.5-2.5mm之間的鋼板，其夾緊力可選擇500-3000N。不同設(shè)計(jì)構(gòu)件還應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)化、通用化以及系列化要求，這種設(shè)計(jì)特點(diǎn)開(kāi)發(fā)耗時(shí)少，成本也較低。

3 CATIA二次開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

3.1 開(kāi)發(fā)方式分析

目前航空、汽車以及船舶等行業(yè)均可使用CATIA，這與其強(qiáng)大的功能有著密切關(guān)系，同時(shí)CATIA二次開(kāi)發(fā)接口可滿足不同用戶的實(shí)際需求，兼顧專業(yè)化與個(gè)性化要求。CATIA二次開(kāi)發(fā)有進(jìn)程內(nèi)應(yīng)用程序與進(jìn)程外應(yīng)用程序，一些簡(jiǎn)單重復(fù)性操作可通過(guò)進(jìn)程內(nèi)借助CATIA宏命令完成。設(shè)計(jì)技術(shù)要求較高的情況下可使用進(jìn)程外應(yīng)用程序，其中應(yīng)用頻繁的以CAA V5以及自動(dòng)化編程CATIA Autom ation方法。CAA V5開(kāi)發(fā)環(huán)境為RADE，載體為VC++，雖然有強(qiáng)大功能，不過(guò)整體編程復(fù)雜;CATIA Autom ation方法具有自動(dòng)化編程特點(diǎn)，可減少編程難度，且同樣可滿足本次設(shè)計(jì)要求[3]。

3.2 CATIA API與開(kāi)發(fā)對(duì)象分析

CATIA API屬于接口函數(shù)，所有數(shù)據(jù)通過(guò)API封裝成對(duì)象，不同數(shù)據(jù)依據(jù)繼承、聚合關(guān)系構(gòu)建成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)中Application為根對(duì)象，根對(duì)象下可派生出其它Object以及Collection，其中Object如System Service，Collection如Printers、Documents。不同對(duì)象有相應(yīng)的方法操縱結(jié)合，并有相應(yīng)的屬性。操作幾何的方法比如Add（）、Remove（），屬性比如Count。

4 設(shè)計(jì)模塊關(guān)鍵性技術(shù)分析

4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)分析

汽車焊裝夾具在應(yīng)用過(guò)程中需要兼顧較多零件，不同零件均需要依靠相應(yīng)的參數(shù)完成控制，這也就決定了設(shè)計(jì)模塊中需要建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)便于根據(jù)實(shí)際需要及時(shí)調(diào)取數(shù)據(jù)，當(dāng)然不同零件參數(shù)應(yīng)滿足零件庫(kù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可滿足模塊高效實(shí)用，便于及時(shí)調(diào)取數(shù)據(jù)。模塊中建模參數(shù)存取、參考圖片等均屬于數(shù)據(jù)庫(kù)范疇。

鑒于不同零件有著不同的參數(shù)，因而不同零件需要設(shè)計(jì)一個(gè)表格，并在表格中記錄其屬性，不同屬性表標(biāo)識(shí)成零件類別，然后將其作為外鍵。按照不同零件類型存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這樣可避免數(shù)據(jù)庫(kù)冗余度。鑒于較多數(shù)據(jù)以Excel表格形式存放，因而模塊設(shè)計(jì)中需要能完成對(duì)Excel的批量導(dǎo)出與利用功能，同時(shí)還能夠完成對(duì)不同數(shù)據(jù)的分析，數(shù)據(jù)庫(kù)是進(jìn)行整個(gè)汽車焊裝夾具專用設(shè)計(jì)模塊的關(guān)鍵性技術(shù)之一，通過(guò)Access2007完成數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。

4.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)和CATIA建模之間還需要依靠人機(jī)界面進(jìn)行相關(guān)操作，比如根據(jù)實(shí)際情況完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)內(nèi)容的增加、修改、刪除、數(shù)據(jù)查找等操作。系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的數(shù)據(jù)信息需要顯示，且能顯示在DataGrid中，雙擊DataGrid可將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)填充到人機(jī)界面的Text控件中，CATIA函數(shù)能夠通過(guò)控件完成參數(shù)傳遞，進(jìn)而用于模型創(chuàng)建。建模參數(shù)可采取兩種方法，一種是直接輸入?yún)?shù)，另外一種是從已有數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取信息，依據(jù)設(shè)計(jì)零件實(shí)際情況從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取信息，選擇合適的參數(shù)將其添加到Text中，調(diào)取的參數(shù)還可以作出修改，并按照修改后的數(shù)據(jù)屬性完成自動(dòng)填充，相關(guān)屬性信息可加入CATIA模塊零件中，最終會(huì)記錄參數(shù)，并輸出生成BOM表?？紤]到不同企業(yè)實(shí)際需要的BOM表形式可能有所不同，依據(jù)程序中的遍歷零件屬性可自動(dòng)生成BOM，提高工作效率，減少工作強(qiáng)度[4]。

4.3 建模程序的開(kāi)發(fā)

程序開(kāi)發(fā)前，需要完成不同零件的參數(shù)分析，建模過(guò)程可使用CATIA宏文件進(jìn)行錄制，使其成為VBScrpt角本文件，提高CATIA函數(shù)查找效率。角本信息可直接復(fù)制到VB中，通過(guò)API進(jìn)行修改。比如角座零件建模需要用到的Method有add（Product iproduct）、AddNewPadFromName（CTTBSSTRiLabel）等。創(chuàng)建屬性方法也較多，比如part UserRefProperties、CreateString（CATBSTR iName）。

5 設(shè)計(jì)實(shí)例分析

夾具中“角座”承擔(dān)著支撐作用，也是主要的連接元件，“角座”在同連接板連接方面發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)階段型材拼焊使用情況較多，為有效縮短生產(chǎn)周期，提高系統(tǒng)的靈活性，設(shè)計(jì)期間需要滿足互換性、系列化特點(diǎn)，確保存在問(wèn)題后可及時(shí)更換。整個(gè)型材拼焊寬度約為100mm，高度不超過(guò)600mm，加工后的厚度為16mm、19mm或者20mm。定位孔直徑在10mm，同底板相連接的螺孔直徑12mm，同連接板相連位置的孔徑直徑為14mm，孔寬間距為70mm，棱邊為倒圓角，需要加強(qiáng)筋，掌握上述信息是進(jìn)行建模與后續(xù)處理的關(guān)鍵。“角座”建模需要完成參數(shù)分類，包括驅(qū)動(dòng)參數(shù)與可選參數(shù)，建模界面通過(guò)直接輸入?yún)?shù)，也可以從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取參數(shù)，“Footseat”數(shù)據(jù)表中有“角座”參數(shù)的存儲(chǔ)，共包括了13個(gè)字段，具體為ID（主鍵）、H、W、L、Rid、TH、W1、Φ1、Φ2、Φ3、R1、R2?！癙artPropetties”中是相關(guān)的屬性參數(shù)，也包含了13個(gè)字段，從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得相應(yīng)的零件模型參數(shù)，且能夠從屬性數(shù)據(jù)中獲取數(shù)據(jù)，視情況對(duì)相關(guān)參數(shù)作出調(diào)整，使用開(kāi)發(fā)軟件可生產(chǎn)角座零件，其能夠自動(dòng)生成BOM表，接著通過(guò)遍歷零件屬性進(jìn)行屬性取舍。

6 結(jié)束語(yǔ)

汽車焊裝夾具專用設(shè)計(jì)模塊的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)能夠兼顧多種零件的設(shè)計(jì)，依靠數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、人機(jī)界面以及程序開(kāi)發(fā)，可較好地完成零件設(shè)計(jì)，同時(shí)能夠生成BOM表，有效的提高了不同零件設(shè)計(jì)時(shí)效性與科學(xué)性。伴隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，焊裝夾具專用設(shè)計(jì)模塊能夠更好地將設(shè)計(jì)系統(tǒng)與汽車焊接有效聯(lián)系起來(lái)，保證汽車生產(chǎn)中不同零件的有效裝配，提高汽車裝配質(zhì)量，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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