基于規(guī)則的焊裝夾具參數(shù)的選取

牛德青 李樹敏

摘 要：針對(duì)汽車車身焊裝夾具設(shè)計(jì)的工作原理，結(jié)合汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，介紹了基于規(guī)則和遺傳算法的焊裝夾具參數(shù)的選取方法。

關(guān)鍵詞：汽車焊裝夾具；CAD；知識(shí)庫(kù)

1 前言

汽車車身焊裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)要滿足一定的約束條件，本文從理論上給夾具設(shè)計(jì)者提供了參數(shù)的選取規(guī)律和方法，并運(yùn)用遺傳算法對(duì)夾具的主控參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后詳細(xì)給出了參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果。

2 焊裝夾具的工作原理

汽車焊裝夾具中最常用的結(jié)構(gòu)是一節(jié)旋轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)，因此我們選用該結(jié)構(gòu)類型的汽車焊裝夾具來進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和分析。如圖1所示，圖中的虛線為汽車工件的PANEL文件，夾緊氣缸中的活塞桿上下運(yùn)動(dòng)推動(dòng)壓板繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變氣缸作用力的大小和夾緊方向[1-2]。

3 焊裝夾具的參數(shù)約束

3.1 汽車焊裝夾具參數(shù)描述

氣缸有多種類型，這里我們以φ63氣缸為例。圖2描述了壓板打開和夾緊的兩種狀態(tài)，OP2Z對(duì)應(yīng)氣缸活塞的壓板打開狀態(tài)，氣缸的外形尺寸決定了P2Z的長(zhǎng)度，即。OP1Z對(duì)應(yīng)氣缸活塞的壓板夾緊狀態(tài)，壓板繞銷軸支點(diǎn)O做圓周運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)半徑相同，所以得出OP1=OP2，其實(shí)際尺寸由壓板的具體尺寸來決定。ZP1的值決定于氣缸的伸出行程，假設(shè)氣缸的行程為S，則有。

（1）圖中K1，K2為夾具所夾持的沖壓件PANEL部分，其長(zhǎng)度定為K1K2=E。

（2）點(diǎn)O，K2之間的水平、豎直距離分別定為X，Y。

（3）壓板繞銷軸O旋轉(zhuǎn)的左側(cè)力臂為C，右側(cè)力臂為B，OP1間的豎直距離為A。

（4）為壓板的打開角度，角度的大小決定了氣缸中活塞的移動(dòng)距離，同時(shí)也影響了壓板的打開狀態(tài)。壓板在打開后與焊接件的上、下料位置之間有足夠的空間，不能與上下料處發(fā)生干涉，一般情況下。

夾具設(shè)計(jì)時(shí)獨(dú)立的參數(shù)有X，Y，A，B，C。而E、F為非獨(dú)立的參數(shù)，可以用其他的量通過運(yùn)算表示出來：E=C-X。

3.2 參數(shù)要滿足的約束

3.2.1 約束一

壓板在打開后與焊接件的上、下料位置之間有足夠的空間，不能與上下料處發(fā)生干涉，一般情況下有。

當(dāng)壓板與定位板鉸接的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位于沖壓件下方時(shí)，可根據(jù)圖2來求F的表達(dá)式，即

3.2.2 約束二

夾具在夾緊工件時(shí)要滿足的要求：夾緊力不能過小，防止焊件松動(dòng)滑移；夾緊力不能過大，防止焊件受力過大產(chǎn)生變形。夾緊力的大小一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定：夾緊力。

圖3為汽車焊裝夾具夾緊力描述，當(dāng)夾具夾緊工件時(shí)，由杠桿定理建立平衡方程，即

4 焊裝夾具的參數(shù)確定

φ63氣缸主要有CP1A63_50Y_45，CP1A63_75Y_70，CP1A63_100Y_95和CP1A63_125Y_120，CP1A63_150Y_145五種類型，每種氣缸對(duì)應(yīng)不同的參數(shù)選取為根據(jù)給出參數(shù)滿足的取值范圍，并在滿足前面所述約束的條件下，通過MATLAB軟件得出該氣缸的參數(shù)取值。通常在夾具圖中主控點(diǎn)信息中來提取E的值，根據(jù)此處的E值進(jìn)行氣缸種類的選取。在有多組數(shù)據(jù)同時(shí)滿足時(shí)，我們遵循氣缸行程小、夾具體積小為先的原則。經(jīng)過運(yùn)算得出不同氣缸所對(duì)應(yīng)的E的取值范圍如表1所示[3-4]。

5 小結(jié)

本文介紹了基于規(guī)則的焊裝夾具參數(shù)的選取，給出了參數(shù)知識(shí)的獲取和表示方法。同時(shí)介紹了汽車焊裝夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，以及夾具設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)要滿足的約束條件，從理論上給夾具設(shè)計(jì)者提供了參數(shù)的選取規(guī)律和方法。

參考文獻(xiàn)

[1]熊曉萍.汽車車身焊裝夾具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)淺析[J].工藝與工藝裝備，2005，（1）：80-82.

[2]姚春玲，張俊華.基于混合推理的汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)支持技術(shù)的研究[D].煙臺(tái)大學(xué)，2010.

[3]劉尚仁.基于知識(shí)的汽車焊裝夾具CAD系統(tǒng)模型和知識(shí)庫(kù)的研究與開發(fā)[D].煙臺(tái)大學(xué)，2004.

（作者單位：1.青島達(dá)諾海洋工程設(shè)計(jì)有限公司；2.中集海洋工程研究院有限公司）