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摘要：随着人们生活水平的提高，促进对汽车的需求量逐年增多。在汽车制造业中，汽车车身焊装夹具在汽车车身焊装线上占有举足轻重的地位，其设计制造速度将直接影响汽车的生产规模、效率和质量；它的快速高效设计与制造是汽车制造业快速响应市场需求的重要条件之一。本文就汽车焊装夹具专用设计模块展开探讨。
关键词：汽车焊装夹具；专用设计模块；CATIA
引言
焊装夹具指的是可以把零件定位在固定的位置上，同时保证零件固定速度以及准确性，避免零件固定后出现偏移的一种装置，焊装夹具是进行汽车焊装生产的重要手段。汽车的实际生产过程中需要重复性生产相同的产品，夹具如果出现变形或移动，则生产的零部件不能满足后期装配要求，影响到整个汽车加工质量。目前国内对焊装夹具的研究多通过建立参数化零件库，实现零件的有效生产与加工，当然因为数据库中涉及内容较多，实际应用存在较多问题。
1结构组成
虽然焊装夹具的种类多样，但其结构却大同小异，通常由底板、定位模块、夹紧模块、及辅助系统组成。其中底板是整个夹具的基体，主要起支撑作用，底板的制造精度直接影响着整个夹具的精度，因此其形位公差和表面粗糙度要求都表为严格，常设计成槽系或孔系结构。定位模块、夹紧模块是夹具的核心组成部分，定位模块设计时除满足定位精度外还需考虑刚度、硬度、可调性、维修性、尺寸的标准化、尺寸系列化等问题。常用的夹紧模块因结构区别可以将其分为单纯支撑夹紧型、有定位销型、有夹紧无支撑型、有支撑无夹紧型及双极夹紧类型等，其中前三种较为常用。夹紧模块设计除满足夹紧力的要求外还需具备结构简单、高效、自动化程度高、安全可靠及可操作性强等特点，目前夹紧模块在企业流水线中气动夹紧应用最为广泛。每个气动夹紧单元通常包括角座（L座）、连接板（型板）、销轴、定位销、支撑块、夹紧块、夹紧臂、销子块、限位块、挡块、气缸等。辅助系统则主要实现夹紧的旋转、翻转、移动的功能，在夹具的应用中也起到非常重要的作用。
2车焊装夹具设计特点
分析汽车焊装夹具通常采取模块化形式进行拆分设计，这种设计方法不仅有助于提高设计效能，同时对后期的制造、组装、调试、维修以及检测等均有较高要求，通过多个设计模块的设计与联合，共同形成结构复杂与体积庞大的汽车焊装夹具。根据汽车结构特点，冲压成型的薄壁板是汽车车身的主要组成，该夹具定位以“N-2-1”定位形式为主，一般情况下 N 超过 3，为保证系统刚度要求，减少在夹具使用期间可能出现的变形，夹具定位需要应用过定位形式。夹具应用过程中不仅有较多的夹紧点，同时零件为薄壁型，因而夹紧形式需要采取高效快速装置。夹紧点与支撑点距离较近，不同厚度钢板对应的夹紧力取值也有不同，如果钢板厚度不足1.2mm，夹紧力在300-750N，1.5-2.5mm之间的钢板，其夹紧力可选择 500-3000N。不同设计构件还应满足标准化、通用化以及系列化要求，这种设计特点开发耗时少，成本也较低。
3设计模块关键性技术分析
3.1焊装夹具设计原则
夹具方案设计分为 4 个阶段：定位方案设计、夹紧方案设计、辅助元件选择、夹具空间布置设计，其中定位和夹紧方案设计是关键。6 点定则是汽车车身焊装夹具设计应遵循的基本原则，即限制 6 个方向运动的自由度。通过面、孔等定位方式的结合将零件 6 个方向上的自由度全部限制，使零件具有确定的位置。在设计过程中应参照以下具体定位原则：（1）以工件的平面或外形轮廓为基准进行定位时，常采用定位块、支撑柱进行定位。面定位主要限制零件定位面法向移动的自由度。（2）以工件圆孔内表面为基准进行定位时常采用定位销定位。孔定位主要限制垂直于孔轴线的切面中两个移动方向的自由度。（3）以工件圆柱外表面为基准进行定位时常采用 V 形铁定位器。限制的自由度同孔定位。
在确定了定位点后就需要确定夹紧机构，夹紧机构针对每个定位点选择可靠的方式进行夹紧，将各压紧块连接为整体，选择合适的开合角度及运动方式便可实现夹紧机构的功能。
3.2数据库技术分析
汽车焊装夹具在应用过程中需要兼顾较多零件，不同零件均需要依靠相应的参数完成控制，这也就决定了设计模块中需要建立数据库系统，通过数据库系统便于根据实际需要及时调取数据，当然不同零件参数应满足零件库的设计标准。数据库技术可满足模块高效实用，便于及时调取数据。模块中建模参数存取、参考图片等均属于数据库范畴。鉴于不同零件有着不同的参数，因而不同零件需要设计一个表格，并在表格中记录其属性，不同属性表标识成零件类别，然后将其作为外键。按照不同零件类型存储数据，这样可避免数据库冗余度。鉴于较多数据以Excel 表格形式存放，因而模块设计中需要能完成对 Excel 的批量导出与利用功能，同时还能够完成对不同数据的分析，数据库是进行整个汽车焊装夹具专用设计模块的关键性技术之一，通过 Access2007 完成数据库建设。
3.3界面设计
采用 VB编写可视化界面，参数的输入通过设计一系列的人机交互式界面来完成。系统界面主要采用菜单的方式与各模块进行联系，这种方法使用起来比较简单，而且感官效果较为清晰，菜单的设计根据相应模块功能差异又给出子菜单，各模块之间相对独立，以系统主界面为纽带实现互联。
3.4焊装夹具装配体设计
焊装夹具装配体的设计是本文中汽车焊装夹具智能化设计系统所要实现的主要功能。本文通过基于案例与模块的推理和基于规则推理两种方式实现夹具装配体的设计，其具体生成过程是通过读取设计任务书的要求，在以夹具底板中心为坐标原点、底板上表面为XY平面的坐标系中，确定装夹点的坐标，然后通过推理，调用零件库中的案例、模块和零件，逐步生成符合尺寸、结构要求的装夹单元以及定位块、压块、连接板、转臂、支架等夹具零件模型，通过虚拟装配组合成一套完整的夹具。
4设计实例分析
夹具中“角座”承担着支撑作用，也是主要的连接元件，“角座”在同连接板连接方面发挥着重要作用。现阶段型材拼焊使用情况较多，为有效缩短生产周期，提高系统的灵活性，设计期间需要满足互换性、系列化特点，确保存在问题后可及时更换。整个型材拼焊宽度约为 100mm，高度不超过600mm，加工后的厚度为 16mm、19mm 或者 20mm。定位孔直径在 10mm，同底板相连接的螺孔直径 12mm，同连接板相连位置的孔径直径为 14mm，孔宽间距为 70mm，棱边为倒圆角，需要加强筋，掌握上述信息是进行建模与后续处理的关键。“角座”建模需要完成参数分类，包括驱动参数与可选参数，建模界面通过直接输入参数，也可以从数据库调取参数，“Footseat”数据表中有“角座”参数的存储，共包括了 13 个字段，具体为ID（主 键）、H、W、L、Rid、TH、W1、Φ1、Φ2、Φ3、R1、R2。“PartPropetties”中是相关的属性参数，也包含了 13 个字段，从数据库中获得相应的零件模型参数，且能够从属性数据中获取数据，视情况对相关参数作出调整，使用开发软件可生产角座零件，其能够自动生成 BOM 表，接着通过遍历零件属性进行属性取舍。
结语
焊接夹具的设计是车身焊接的前提和基础，在焊接夹具的设计中，应掌握夹具的基本工作原理和设计准则，不断地学习和探索先进的设计思路和方法，制造出合格的焊装夹具，以提高车身精度、确保车身质量。
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