基于UG草图的典型汽车焊装夹具快速设计

2 夹具设计的基本要求
（1）能 够 满 足 汽 车 生 产 工 艺 和 生 产 纲 领 的 要
60 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
图1 典型焊装夹具 求，根据生产纲领确定夹具的复杂程度和自动化 水平。
（2）工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具 在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工 装夹具应具备足够的强度和刚度。
图8 气缸最大行程时压板打开状态 【Animate】，弹出如图9所示Animate对 话框，在Lower Limit中输入angle_dynamic 的初始值angle_min=0，Upper Limit中输入angle_ dynamic的最大值angle_max=41.38°（按公式 （1）以气缸行程stroke=75 mm算出），确定以 后压板就可以在限定值的范围内往复动作，与用 Motion Simulation进行运动分析的效果一样。由此可 见，同等条件下，用UG草图做运动分析比用Motion Simulation节约了大量的时间，缩短了焊装夹具的设 计时间。
间的最大角度angle_dynamic = angle_max = 41.8°
时压板打开的状态。
当选择【Sketch Constraints】工具栏中图标
62 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2010年第11期
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图7 尺寸工具栏图
4 实际设计应用
（1） 移动草图至合适位置 实际设计时，先将压板草图模板文件另存为 （Save As）焊装夹具分总成文件，然后将产品放到 分总成中或者链接产品需要定位夹紧的部位到分总 成中，用合适位置的基准面与产品相交得到截面线 【Section Curve】。 产品的截面线就是设计需求，截面线确定了 夹具的摆放位置和夹紧方向，根据设计要求，将压 板草图重新附着到（选择【Tools】→【Reattach Sketch】)新建的基准面上，如图10所示【Reattach Sketch Dialog】。
100、125、150 mm，本文stroke=75 mm；
（stroke－10）为气缸实际行程（一般标准气缸
行程要预留10 mm，以保证气缸的压紧力），而
气缸连接头与G 点组成旋转运动副B，气缸所走轨
迹（即实际行程）就近似于G 点所走的轨迹，所以
（stroke-10）可近似为G 点绕D 点转动的弧长；ΦD
d.添加几何约束。本文基于简洁的考虑，将 UT 、UV 、MN 和VM 约束为固定长度【Constant Length】，而在实际设计时，UT 、UV 、MN 和VM 根 据实际情况应添加尺寸约束，约束G 点在直径为ΦD 参考圆上。
e.删除几何约束。为了在草图中运动分析，在创 建压板草图后，要分别将HI 、ED 、JK 、UV 和MN 的 竖直约束【Vertical】去掉，UT 、HJ 、VM 和NW 的水 平约束【Horizontal】去掉，此处应注意保留DF 的竖 直几何约束。
束，再选择一个关键控制尺寸做动态分析就可以了。
如本例中所选的关键控制尺寸为angle_dynamic，
双击尺寸angle_dynamic，弹出如图7所示尺寸工具
栏，选择图标【Sketch Dimensions Dialog】弹出对
话框，滑动对话框中的滑块就可以动态改变angle_
dynamic的尺寸。图8即为气缸最大行程时DF 与DE 之
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基于UG草图的典型汽车焊装夹具快速设计
汽车焊装夹具设计是汽车生产制造过程中的重要环节，直接影响汽车生产制造质量和规模。随 着经济的发展，汽车的种类和数量日益增多，更新换代的速度也越来越快，因此必须在降低焊装夹 具生产成本的同时，缩短其设计制造周期。本文阐述了如何利用UG标准草图模板文件快速高效地 完成夹具的设计过程，从而提高夹具设计效率、降低焊接夹具设计成本。
图9 Animate对话框 2010年第11期
图10 Reattach Sketch Dialog对话框
通过尺寸约束P 点的位置（P 点位置变动后，压 板草图会相应地平移变动），这样压板草图模板文件 根据设计需求移动到了合适的位置。
（2）尺寸调整 调整压板草图尺寸以满足设计要求。图5所示 的尺寸P 1、P 2、L 1、L 3、angle_fix、ΦD 为优化尺 寸。其中，尺寸P 1和P 2控制P 点的位置，改变尺寸P 1 和P 2即可带动所设计的压板草图整体移动。尺寸L 1 对压板的打开角度影响很大，在相同气缸行程下且其 他尺寸约束不变的情况下，可通过改变此尺寸来改 变压板打开的角度（见图11、图12）；尺寸angle_ fix、ΦD 影响气缸的安装位置；而尺寸L 3则影响夹紧 点压紧力的大小，设计时应根据夹紧点所需压紧力的 要求合理选定L 3的长度。其他尺寸可以根据实际设计
f.完整几何约束，见图6。 （2）根据压板打开角度的需求选择合适的气缸
图6 几何约束
行程
360×（stroke-10） angle_max =
π×ΦD
（1）
式中，angle_max为气缸最大行程时G 点绕D 点
的转动角度，也即DE 随压板转动后与DF 之间
的角度；Stroke为气缸标准行程，有50、75、
为以D 点为圆心、半径为DG 的圆的直径。
（3）运动分析
通常用Motion Simulation进行运动分析时，必
须先定义连杆及其运动副，再根据所选气缸的行程设
置主动连杆的运动参数，最后才能求解出运动分析的
结果，而在草图下进行运动分析则省去了这些中间步
骤，工作效率大大提高。
在草图中做运动分析简单明了，只需适当的约
（3）夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定 位位置及保证产品形状、尺寸符合图样要求。因此既 不允许工件松动滑移，又不能因为对工件过度拘束而 产生较大的拘束应力。
（4）焊接操作的灵活性。使用夹具生产应保证 足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环
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图中合适位置画出连接板和定位块的草图，同时根据 实际情况可以画出连接板与支基连接的孔系。
（4）部件三维数模 使用UG Wave功能分别将压板、连接板和定位 块草图链接到不同的部件（.pat）中，然后在各自部 件中拉伸即可得到相应的三维数模。 （5）总成装配 在总成文件下，装上气缸、支基和螺钉等标准件 即得到符合设计需求的焊装夹具。
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（1）建立压板草图 a. 建立基准。新建一个空白prt文件，在模型空 间创建分别平行于XY 、YZ 和XZ 平面的基准面，同时 创建点P （P 点的坐标可以任意设置，本文P 点设在原 点）。 b.建压板草图。选择任意Datum平面作为草图的 附着平面，做出如图5所示压板草图。
同时即对设计进行优化和分析，避免了汽车装焊夹具
在设计完成后，再通过Motion运动分析对完成的设
计进行修改这样重复的工作，使得设计更加令人信服
和直观。
标准压板模板的建立，使得设计时可以通过调
用压板标准模板，修改草图尺寸约束关系就可满足设
计需求，从而大大提高设计效率，并减少制图工作
柳州五菱汽车工业有限公司技术中心 刘 杰 杨莉莉
1 典型焊装夹具的结构
焊装夹具的组成部分主要分为制造件、通用 件和外购件3种（如图1）。制造件是指在新车型 的焊装线设计时需要根据车身零件的形状进行设计 加工，没有标准的零部件，主要包括连接板、定位 块、压板等；通用件是指在不同项目的设计中具有 通用性的零部件，这些零部件在企业内部有统一的 型号和标准尺寸及为实现产品的特殊功能而专门设 计的专用件，设计者可以直接使用，在加工时不需 要提供图纸，工人可以直接根据企业标准进行加 工，主要有定位销、支基、通用定位块、调整垫片 等；外购件是购买其他供应商提供的成品，不需要 焊装夹具设计者进行设计的零部件，以气缸、快速 夹、各种轴套和磁铁为主。最为核心也是最普遍的 结构主要是连接板、压块、支基、调整垫片等，因 此在进行焊装夹具设计之前,必须充分了解车身的焊 装过程、焊接夹具的结构特点，合理地进行实体建 模、标准件的调用及外购件的选取。
图5 压板草图与尺寸约束
c.添加尺寸约束。E 点与D 点平行距离 【parallel】L 1=80 mm；点P 到D 点水平和竖直距离 分别为P1=50 mm、P2=30 mm； HJ与UT平行距离 L 2=5 mm；ED 与UV 平行距离L 3=120 mm，UT 与 TQ的角度angle_fix=20°；ΦD=180 mm，Φd1=12 mm，Φd 2=16 mm，Rr 1=Rr 2=30mm，DE 与DF 的 角度angle_dynamic=0。
5 结束语
图11 L1=60 mm时压板打开状态
图12 L1=90 mm时压板打开状态 （3）连接板和定位块草图 压板草图确定后，根据图4所示算出运动副C的 位置，这样与连接板关联的运动副A和C的位置也就 确定了，然后根据设计需求【Section Curve】在草
通过草图进行运动分析可在设计汽车装焊夹具的
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图4 运动副C位置 可见，运动副A、B实际上就是压板上的两个点 分别与气缸和连接板组成，这样实际上只需设计出 压板，夹具设计工作就基本完成。下面就如何通过 UG草图功能模拟典型汽车焊装夹具压板的运动轨迹 来建立符合设计要求的标准压板草图模板文件进行 探讨。
汽 车 工 艺 பைடு நூலகம் 材 料 AT&M 61
3 建立标准草图模板文件
焊装夹具夹紧点的典型位置为2块厚度分别为0.8 1.5 mm的钣金件翻边的搭接处，见图2。设计要 求：夹具在运动过程中不得与左部翻边发生干涉，且 与左部翻边横向至少要有20 mm以上的间隙。