一种基于二次开发的柔性化焊接夹具快速设计方法与流程

本发明涉及一种柔性制造方法，尤其涉及一种基于二次开发的柔性化焊接夹具快速设计方法。

背景技术：

焊接夹具由一个一个相互配合的基本单元组成，每个基本单元完成特定的定位和夹紧的工作，对应于不同的车身零部件。每个基本单元放置在底板上，调节每个基本单元的方位以此来适应不同的车身零部件，最大程度上地实现对车身的定位和夹紧，完成车身的焊接。

一般情况下，不同车身零件需要不同的焊接夹具，因此对于不同车型不同零部件焊接夹具设计通常需要耗费大量的人力和物力，如何实现焊接夹具快速设计、柔性设计是需要解决的重点工作。通常，工程师需要根据车身不同部位设计不同的焊接夹具，然后一个一个组装起来，最终完成一套夹具设计。例如：cn101905403b公开了一种夹具的设计方法，其虽然采用模块化设计方法，将夹具分为标准件以及非标准件提高夹具零部件利用率，但是，其标准化程度不高，在设计过程中，还需要将众多标准件一个个根据结构组合起来，然后在此基础上从新手动设计非标准件结构。又如：专利cn104063598a公开了另一种夹具设计方法，其虽然通过cbr算法检索相似零件实例，优选出以往单个类似组合夹具，再进行修改，但是，对于新的结构，其还只能手动设计，因此自动化程度不高，不能满足今后多品种、小批量、定制化车身焊接夹具柔性化设计需求。再如：专利cn105975650a也公开了一种夹具设计方法，其也通过建立实例本体库，利用语义匹配计算夹具与工件的相似度，推选出满足结构的单个夹具类型，更改尺寸完成装配，但是，同样对于未出现过的结构，不能找到相似类型；其次，它筛选出来的夹具单单只能完成孔位匹配，达不到车身复杂型面加紧定位要求，还需要手动更改全部夹具尺寸其柔性化设计和制造更低。

由于完成车身焊接夹具所需夹具套数过多，每套夹具上基本单元过多，目前焊接夹具设计主要存在这些缺点：一是无法扩大标准件的使用，标准化程度不高：二是无法实现快速设计、柔性设计，设计周期过长。

技术实现要素：

本发明提供的目的是提供一种方法通过设计开发，适应于车身焊接夹具的开发设计，以标准化、柔性化为启发，借助二次开发技术，实现对焊接夹具的快速设计、柔性设计，缩短车辆的设计制造周期。

本发明的技术方案是提供了一种柔性化焊接夹具快速设计方法，其特征在于：包括：

步骤1、对夹具进行模块化分类，提出夹紧装置和定位装置，并将它们分为标准件和非标准件，设定每类标准件不同尺寸以及非标准件可变参数，并赋予它们基准孔组、面上属性名称；

步骤2，将步骤1所定义的标准件零件以及非标准件参数化模型模板存入ug数据库中；

步骤3，确定车身上某个夹紧点位置，自动匹配选型步骤2中存入在数据库中的标准件及非标准件数模，完成对夹紧装置中各零件的选型；

步骤4，自动装配步骤3匹配选型缓存后的标准件及非标准件，自动确定非标件参数，完成非标件的自动设计，从而完成单个夹紧装置的设计；

步骤5，确定车身上某个定位点位置，自动匹配选型步骤2中存入在数据库中的标准件及非标准件数模，完成对定位装置中各零件的选型；

步骤6，自动装配步骤5匹配选型缓存后的标准件及非标准件，自动确定非标件参数，完成非标件的自动设计，从而完成单个定位装置的设计；

步骤7，重复步骤3、步骤4，确定新的夹紧点，重复步骤5、步骤6，确定新的定位孔点，完成下一个夹紧装置和下一个定位装置设计，直到确定完车身总成上全部夹紧点和定位点，完成一整套焊接夹具自动化设计。

本发明的有益效果在于：

1.利用对焊接夹具的标准化分类，自动匹配不同型号，扩大非标准件上标准参数，不需要针对不同车型设计出完全不同的夹具类型，标准化后的夹具可从数据库中反复调取，制造加工也可利用现有的夹具进行装配，节省制造成本；

2.利用标准化及扩大标准化程度的标准件与非标准件，建立夹具数据库，完成对每一种类型、型号夹具的分类，通过二次开发技术，实现焊接夹具的快速匹配组装，减少夹具设计的设计周期。

3.本柔性化焊接夹具快速设计方法以模块化原理为启发，将焊接夹具设计变为标准化、柔性化快速设计，通过对标准件的分类分规格，相比传统设计更加清晰便捷，可循环重复利用。

4.本柔性化焊接夹具快速设计方法，针对非标件的设计，采用了进一步扩大标准化程度方法，进行参数化自动设计，相较之前，夹具结构更加简单实用，缩短设计时间。焊接夹具设计时，以智能设计、柔性设计、快速设计为起点，运用算法来约束夹具零件的配合，选取夹紧点使之自动生成夹具基本单元，大大缩短设计周期。

附图说明

图1是柔性化焊接夹具快速设计方法流程。

图2是本发明结构示意图。

图3是本发明结构组成标准件上基准属性特征名称示意图。

图4是本发明非标准件l型定位块、定位销参数化结构示意图。

图5是实际案例图。

其中：1、夹紧臂，2、l型定位块，3、l型支撑座，4、t型座，5、夹钳支座，6、限位块，7、夹钳，8、i型块，9、定位销座，10、定位销，1-2、夹紧臂与l型定位块基准间配合，2-3、l型定位块与l型支撑座基准配合，3-4、l型支撑座与t型座基准配合，4-5、t型座与夹钳支座基准配合，5-6、夹钳支座与限位块基准配合，5-7、夹钳支座与夹钳基准配合，7-1、夹钳与夹紧臂基准配合，8-4、i型座与t型座基准配合，8-9、i型座与定位销座基准配合，9-10、i型定位销座与定位销基准配合。

具体实施方式

下面将结合附图1-4对本发明实施例中的技术方案进行详细说明。

如图图1所示，该实施例提供了一种柔性化焊接夹具快速设计方法，包括：

步骤1、对夹具进行模块化分类，提出夹紧装置和定位装置，并将它们分为标准件和非标准件，设定每类标准件不同尺寸以及非标准件可变参数，并赋予它们基准孔组、面上属性名称。

该步骤中可分为以下过程：

步骤1.1，设定标准件零件具体类型。

该实施例中，对焊接夹具进行基于模块化思想分类，包含如图2所示的标准件：夹紧臂1、l型支撑架3、t型座4、夹钳支座5、限位块6、夹钳7、i型块8、定位销座9等，以及非标准件：l型定位块2、定位销销10。

步骤1.2，设计每一种标准件零件的具体长度尺寸，每个标准件零件上设置有基准孔组、面。

该实施例中，标准件每一种类型又分化几种尺寸类型：

——夹紧臂1包含163mm、203mm、243mm长度三种类型；

——l型支撑架3包含70mm、110mm、150mm长度三种类型；

——t型座4分为等差为50mm范围为200—550mm不等的八种高度类型；

——夹钳支座5包含132mm、157mm、182mm长度三种类型；

——限位块6统一为19mm宽度类型；

——夹钳7包含3种类型；

——i型块8统一类型；

——定位销座9包含90mm、100mm、110mm、120mm四种长度类型；

如图2所示，上述所有标准件均包含2组或3组基准孔组(其中每组基准孔包含1或2个螺纹孔m8、2个销孔，螺纹孔与销孔错开分布)，1-2至9-10为基准间配合情况，特别的，定位销座上采用定位销座φ10基准孔，以此基准来组装。

步骤1.3，对每个标准件、非标准件中基准孔、及与基准孔相关的基准面上赋予能够识别的具有属性的特征名称。

在该实施例中，在ug里对各个标准件模型在基准孔面属性里常规一栏里进行命名，基准属性名称如表1所示，具体位置如图3所示。

表1装配参数

步骤1.4，将同一种型号标准件数模文件分别以名称和尺寸命名。

例如，在该实施例中，命名规则采用名称和长度尺寸，如“t型座200”、“l型支撑架110”、“夹紧臂163”等。

这里，t型座200表示t型座高度为200mm；l型支撑架200表示l型支撑架长度为110mm，夹紧臂163表示夹紧臂163长度为163mm。

步骤1.5，规格化非标准件上的尺寸，设定三个参数化可变尺寸p0、p1、p2。

该实施例中，如图所示4(a)定义l型定位块2两个可变参数横向尺寸p0、一个纵向尺寸p1；

图4(b)定位销10一个可变参数p2，其余部分均作成标准化形式。

l型定位块2同样包含一组基准孔(1个螺纹孔m8、2个销孔φ6)，具体标准参数如图4所示。

步骤2，将步骤1所定义的标准件零件以及非标准件参数化模型模板存入ug数据库中。

步骤2.1，将标准件数模零件分类存入ug数据库，用menuscript界面菜单语言编写ui界面，需要时进行手工调取。

步骤2.2，运用软件表达式建模功能，创建非标准件全参数表达式模型；

步骤2.3，找到步骤1.5中要求可控的三个参数化可变尺寸，将它们分别命名为p0、p1、p2；

步骤2.4、利用程序获取表达式参数，找到步骤2.3中三个参数化可变尺寸p0、p1、p2函数数据接口。

该实施例中，利用ufun开发语言下uf_modl_ask_exps_of_part获取参数化非标准件模型表达式，获得能通过setvalue形式赋予p0、p1、p2参数值的接口。如图3所示，除p0、p1、p2外，其余尺寸为标准固定设计。

步骤3，确定车身上某个夹紧点位置，自动匹配选型步骤2中存入在数据库中的标准件及非标准件数模，完成对夹紧装置中各零件的选型。

在该实施例中，所有标准件型号数模均采用nxopen开发语言下assemblies下component函数，利用addcomponent添加组件，然后缓存在软件后台。

该实施例中，如图5所示，焊接工作台最适高度为500-800mm，由于有底盘托架存在，因此各个托架最适高度为200-550mm，设计时将整个零部件放置z平面最低位置300mm处，如图5所示，a为夹紧点坐标，h1为点a到坐标原点平面高度。

步骤3.1，利用软件里点坐标功能，获取零件表面夹紧点的位置a(x1，y1，z1)反馈给程序系统。

步骤3.2，遍历ug数据库中标准件中t型座高度，选出满足条件t型座。

在该实施例中，如图5所示，判断a的高度h1(z1)，如h1值介于200-300mm，则遍历标准件库中t型座4数模文件名称，调取t型座200mm。

步骤3.3，遍历ug数据库中标准件中l型支撑座长度，选出l型支撑座。

在该实施例中，根据一次输入夹紧点的个数(最多2个)选取l型支撑座3。如夹紧点数为1，则选择规格为70mm；夹紧点数为2，则选择长度为110mm或150mm(其中110mm、150mml型支撑座上有3组基准孔)。

步骤3.4，遍历ug数据库中非标准件中定位块，选出定位块。

在该实施例中，约束l型下定位块2，p1长度为l型支撑座上基准孔中螺纹孔m8的圆心到夹紧点a的水平距离，将p1反馈给程序；

步骤3.5，遍历ug数据库中标准件中夹钳支座规格，选出夹钳支座。

在该实施例中，当选择的t型座4高度为200-300mm，则选择夹钳支座5长度132mm；当选择的t型座4高度度为300-400mm，则选择夹钳支座5规格157mm；当选择的t型座4高度为400-550mm，则选择夹钳支座5长度182mm；

步骤3.6，遍历ug数据库中标准件中夹钳，限位块，选出夹钳，限位块。

步骤3.7，遍历ug数据库中标准件中夹紧臂，选出夹紧臂。

在该实施例中，夹紧臂1选取过程和l型支撑座3长度有关，l型支撑座3为70mm，选择163mm长度夹紧臂1；l型支撑座3为110mm，选择203mm长度夹紧臂1；l型支撑座3为150mm，选择243mm长度夹紧臂1；

步骤3.8，遍历ug数据库中非标准件中定位块，选出上定位块。

在该实施例中，l型上定位块p1长度为夹紧臂1基准孔组中螺纹孔m8的圆心到夹紧点a的水平距离x，将x反馈给p1数据接口；

步骤4，自动装配步骤3匹配选型缓存后的标准件及非标准件，自动确定非标件参数，完成非标件的自动设计，从而完成单个夹紧装置的设计。

在该实施例中，如图5所示，夹紧装置(a)自动装配设计按以下步骤。

步骤4.1，装配t型座。

在该实施例中，如图5所示，在夹紧点a下远离车身零件中心50mm，根据矢量方向x向(1，0，0)或y向(0，1，0)通过addcomponent添加t型座，通过nxopen开发语言positioning类下建立typefix固定约束，完成t型座4装配。

步骤4.2，建立t型座和l型支撑座约束。

在该实施例中，将以步骤3.3中选出的l型支撑座3通过ufun开发语言下uf_obj_cycle_by_name函数寻找到基准孔上的面属性名称，如图3所示，然后利用positioning下的constraintreference创建t型座4上基准面4_1与l型支撑座3上基准面3_2距离0mm约束typedistance，再创建基准面4_1上销孔4_11与基准面3_2上销孔3_21，销孔4_12与销孔3_22孔与孔直接的对齐约束alignmentinferalign，完成l支撑座3的孔位中心对齐约束，至此约束完成，l支撑座3装配在t型座4上；

步骤4.3，建立t型座和夹钳支座约束。

在该实施例中，如图3所示，建立t型座4上基准面4_2和夹钳支座5上基准面5_1距离为0mm的距离约束typedistance，建立基准面4_2上销孔4_21和夹钳支座5上基准面5_1上销孔5_11，基准面4_2上销孔4_22和基准面5_1上销孔5_12孔与孔对齐约束alignmentinferalign。

步骤4.4，建立夹钳支座和夹钳约束。

在该实施例中，如图3所示，建立夹钳支座5上基准面5_2和夹钳7上基准面7_2距离为0mm的距离约束typedistance，建立基准面5_2上销孔5_21和基准面7_2上销孔7_21，基准面5_2上销孔5_22和基准面7_2上销孔7_22孔与孔对齐约束alignmentinferalign。

步骤4.5，建立夹钳和夹紧臂约束。

在该实施例中，如图3所示，建立夹钳7上基准面7_1和夹紧臂1上基准面1_1距离为0mm的距离约束typedistance，建立基准面7_1上销孔7_11和基准面1_1上销孔1_11，基准面7_1上销孔7_12和基准面1_1上销孔1_12孔与孔对齐约束alignmentinferalign。

步骤4.6，建立夹钳支座和限位块约束。

在该实施例中，如图3所示，建立夹钳支座5上基准面5_3和限位块6上基准面6_2，基准面5_1和基准面6_1距离为0mm的距离约束typedistance。

在该实施例中，对于步骤4中的4.3～4.6，同样采用步骤4.2中这种基准孔对孔的接触约束以及距离为0mm的距离约束，完成所有标准件的自动装配；

步骤4.7，建立夹紧臂和非标准件l型上定位块约束，链接生成新的非标件完成参数化驱动自动设计。

在该实施例中，l型上定位块的自动装配设计，首先依旧采用步骤4.2中约束方法，创建l型定位块上的基准面2_1与夹紧臂1上基准面1_2距离为3mm的距离约束typedistance，创建基准面上1_2销孔1_13与基准面2_1上销孔2_11，基准面上1_2上销孔1_14与基准面2_1上销孔2_12建立孔与孔对齐约束alignmentinferalign。将夹紧点a点(x，y，z)中x或y值与夹紧臂1上基准孔组中螺纹孔位中心水平差x赋予p0数据接口用setvalue驱动参数化模型延伸p0数值，同时以z点高度和夹紧臂1高度比较，赋予p1值，驱动参数化模型。最终用nxopen开发语言下features类下wavelinkbuilder函数链接生成l型定位块模型，extractfacebuilder移除链接体参数并通过ug替换面函数replacefacebuilder函数实现p1端面替换夹紧点a点所在曲面，通过uf_modl_update()更新模型完成p1端面设计，同时删除原非l型定位块的装配体用链接后的代替，使得l型定位块完全贴合零件表面，达到夹紧目的。

步骤4.8，建立l型支撑座和l型下定位块约束，完成参数化驱动适应设计。

在该实施例中，建立l型支撑座3上基准面3_1与l型定位块上基准面2_1距离为3mm的距离约束typedistance，建立基准面3_1上销孔3_11与l型定位块上基准面2_1上销孔2_11，基准面3_1上销孔3_12与l型定位块上基准面2_1上销孔2_12对齐约束alignmentinferalign。其余设计步骤和步骤4.7基本一致。

至此，如图5所示，夹紧装置(a)自动设计完成。

步骤5，确定车身上某个定位点位置，自动匹配选型步骤2中存入在数据库中的标准件及非标准件数模，完成对定位装置中各零件的选型。

在该实施例中，如图5所示，定位点处所用到的定位装置(b)的对标准件及非标准件选型方法与夹紧点方法基本一样。

步骤5.1，获取零件表面定位点位置b(x2，y2，z2)反馈给程序系统；

步骤5.2，t型座选择同步骤3.2；

在该实施例中，b为定位孔坐标，h2(z2)为点b到到坐标原点平面高度。

步骤5.3，遍历ug数据库中标准件中定位销座，选出定位销座。

在该实施例中，当定位b，h2的高度<300mm，选择90mm高度定位销座；

当定位点b，h2的高度为300～400mm，选择100mm高度定位销座；

h2的高度400～500mm，选择110mm高度定位销座；

h2的高度>500mm，选择120mm高度定位销座；

步骤5.4，遍历ug数据库中非标准件中定位销，选出定位销。

步骤6，自动装配步骤3匹配选型缓存后的标准件及非标准件，自动确定非标件参数，完成非标件的自动设计，从而完成单个定位装置的设计。

在该实施例中，同样的，如图5所示，定位装置(b)自动装配设计按以下步骤。

步骤6.1，装配t型座。

在该实施例中，如图5所示，约束方式与步骤4.1一致。

步骤6.2，建立t型座和i型块约束。

在该实施例中，如图3所示，建立t型座4上基准面4_1和i型块8上基准面8_1距离为0mm的距离约束typedistance，建立基准面4_1上销孔4_11和基准面8_1上销孔8_12，基准面4_1上销孔4_12和基准面8_1上销孔8_11对齐约束alignmentinferalign。

步骤6.3，建立i型块和定位销座约束。

在该实施例中，如图3所示，建立i型块8上基准面8_2和定位销座9上基准面9_1距离为0mm的距离约束typedistance，建立基准面8_2上销孔8_21和基准面9_1上销孔9_11，基准面8_2上销孔8_12和基准面9_1上销孔9_12对齐约束alignmentinferalign。

步骤6.4，建立定位销座和定位销约束，确定定位销参数使定位销适应车身孔位。

在该实施例中，如图3所示，建立定位销座9上基准面9_2和定位销10上基准面10_2距离为3mm的距离约束typedistance，建立定位销座9上基准面9_2上销孔9_21和定位销10上基准面10_1对齐约束alignmentinferalign。

在该实施例中，获取定位点处圆心处的圆的大小通过setvalue驱动非标件定位销参数化直径面p2数据接口，通过uf_modl_update()更新模型，完成定位销可变参数面的自动设计，使得定位销捏合车身孔位大小，达到定位目的。

步骤7，重复步骤3、步骤4，确定新的夹紧点，重复步骤5、步骤6，确定新的定位孔点，完成下一个夹紧装置和下一个定位装置设计，直到确定完车身总成上全部夹紧点和定位点，完成一整套焊接夹具自动化设计。

在该实施例中，主要指出水平方向上的夹紧定位，但对于某些总成侧壁也需要夹紧定位，只需要更换夹钳类型方位以及标准件摆放方向，基本方法大体一致就不一一描述。总之，此套设计方法完全适用于各种总成不同结构、高度对夹具定位、夹紧、精度要求，通过合理标准化各类零件规格，优化组合标准化零件，以及自动替换非标准件端面，完成对汽车总成焊接的全自动化需求。

综上所述本发明提供一种柔性化焊接夹具快速设计方法，具有良好的稳定性和实用性。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。