基于规则的焊装夹具参数的选取

牛德青 李树敏

摘 要：针对汽车车身焊装夹具设计的工作原理，结合汽车焊装夹具设计经验，介绍了基于规则和遗传算法的焊装夹具参数的选取方法。

关键词：汽车焊装夹具；CAD；知识库

1 前言

汽车车身焊装夹具设计时，参数要满足一定的约束条件，本文从理论上给夹具设计者提供了参数的选取规律和方法，并运用遗传算法对夹具的主控参数进行优化，最后详细给出了参数的优化结果。

2 焊装夹具的工作原理

汽车焊装夹具中最常用的结构是一节旋转销结构，因此我们选用该结构类型的汽车焊装夹具来进行参数优化和分析。如图1所示，图中的虚线为汽车工件的PANEL文件，夹紧气缸中的活塞杆上下运动推动压板绕销轴转动，从而改变气缸作用力的大小和夹紧方向[1-2]。

3 焊装夹具的参数约束

3.1 汽车焊装夹具参数描述

气缸有多种类型，这里我们以φ63气缸为例。图2描述了压板打开和夹紧的两种状态，OP2Z对应气缸活塞的压板打开状态，气缸的外形尺寸决定了P2Z的长度，即。OP1Z对应气缸活塞的压板夹紧状态，压板绕销轴支点O做圆周运动，回转半径相同，所以得出OP1=OP2，其实际尺寸由压板的具体尺寸来决定。ZP1的值决定于气缸的伸出行程，假设气缸的行程为S，则有。

（1）图中K1，K2为夹具所夹持的冲压件PANEL部分，其长度定为K1K2=E。

（2）点O，K2之间的水平、竖直距离分别定为X，Y。

（3）压板绕销轴O旋转的左侧力臂为C，右侧力臂为B，OP1间的竖直距离为A。

（4）为压板的打开角度，角度的大小决定了气缸中活塞的移动距离，同时也影响了压板的打开状态。压板在打开后与焊接件的上、下料位置之间有足够的空间，不能与上下料处发生干涉，一般情况下。

夹具设计时独立的参数有X，Y，A，B，C。而E、F为非独立的参数，可以用其他的量通过运算表示出来：E=C-X。

3.2 参数要满足的约束

3.2.1 约束一

压板在打开后与焊接件的上、下料位置之间有足够的空间，不能与上下料处发生干涉，一般情况下有。

当压板与定位板铰接的旋转点位于冲压件下方时，可根据图2来求F的表达式，即

3.2.2 约束二

夹具在夹紧工件时要满足的要求：夹紧力不能过小，防止焊件松动滑移；夹紧力不能过大，防止焊件受力过大产生变形。夹紧力的大小一般根据经验公式来确定：夹紧力。

图3为汽车焊装夹具夹紧力描述，当夹具夹紧工件时，由杠杆定理建立平衡方程，即

4 焊装夹具的参数确定

φ63气缸主要有CP1A63_50Y_45，CP1A63_75Y_70，CP1A63_100Y_95和CP1A63_125Y_120，CP1A63_150Y_145五种类型，每种气缸对应不同的参数选取为根据给出参数满足的取值范围，并在满足前面所述约束的条件下，通过MATLAB软件得出该气缸的参数取值。通常在夹具图中主控点信息中来提取E的值，根据此处的E值进行气缸种类的选取。在有多组数据同时满足时，我们遵循气缸行程小、夹具体积小为先的原则。经过运算得出不同气缸所对应的E的取值范围如表1所示[3-4]。

5 小结

本文介绍了基于规则的焊装夹具参数的选取，给出了参数知识的获取和表示方法。同时介绍了汽车焊装夹具的结构特点和工作原理，以及夹具设计时，参数要满足的约束条件，从理论上给夹具设计者提供了参数的选取规律和方法。

参考文献

[1]熊晓萍.汽车车身焊装夹具运动机构浅析[J].工艺与工艺装备，2005，（1）：80-82.

[2]姚春玲，张俊华.基于混合推理的汽车焊装夹具设计支持技术的研究[D].烟台大学，2010.

[3]刘尚仁.基于知识的汽车焊装夹具CAD系统模型和知识库的研究与开发[D].烟台大学，2004.

（作者单位：1.青岛达诺海洋工程设计有限公司；2.中集海洋工程研究院有限公司）