汽车焊装夹具CATIA三维设计

汽车焊装夹具CATIA三维设计摘要：汽车在焊接过程中，所需要的非标设备主要是焊装夹具。

通过8年来焊装夹具的设计、制造，我认识到：焊接夹具的设计数据是否准确、可靠，是整个设计、制造的关键；三维设计是提高设计质量和控制设计周期的最好方法。

关键词：焊装夹具概念设计详细设计工程图部件图前言CAD(CAD即计算机辅助设计)/CAM(CAM即计算机辅助制造)市场一个重要的变化就是微机平台的三维造型软件开始崭露头角。

从企业使用情况来看，二维CAD占据较大的份额，软件使用大多停留在低层次的绘图而不是设计工作上。

随着使用水平的提高，基于三维CAD)进行设计的优势已显现出来。

目前三维造型软件仍以国外厂家为主。

国产CAD/CAM软件和国外竞争最大优势就是服务，这种服务既有售前普及化服务和售后的本地化服务，又有由此延伸出来的一系列增值服务。

使用推广，三维造型软件这样复杂产品特别需要优质的服务。

目前来看，国内的CAD/CAM软件市场经过商家激烈竞争的洗礼，已经变得更加理性和成熟。

广大用户已经能够根据自己的需要和软件的功能、价格、服务、升级、兼容性，以及软件公司的发展前景作出正确的选择。

在汽车行业，以往业主提供的供设计使用的数模是五花八门，有：CATIA格式、PR-E格式、UG格式等等。

使得我们的设计工具也是五花八门。

对此我们也深深感受到自己设计上需要一种能解决这种问题的办法。

经过我们多年的设计体会及设计人员的深入交流、分析、比较和总结，我们认为如何灵活、科学运用软件来适合、指导我们的设计工作是我们所重点关注的问题。

它既能立足于我们现在的设计现状，并且又能和多个三维软件进行数据的共享、运用。

在初步了解了一些三维软件在其他专业厂家的一些使用效果后，我们觉得将它作为我们发展的一个重点是可行的。

由于在车身焊装夹具中，各公司的做法不一，也没有现成的经验可以学习，我们在焊装夹具设计中作了几点探索。

一．数据管理（文件夹的管理）我们在2005年下半年的《某公司焊装车间项目》中使用CATIA 软件完成焊装夹具的三维设计（概念设计）、详细设计、工程图生成（二维设计）、焊钳模拟、运动分析等；所有的设计工作都是在CATIA 平台上完成。

项目开始前期，我们认真分析了CATIA软件平台的一些功能和数据管理方法，初步建立了以《文件夹》管理数据的方法，大致的结构如下：首先针对项目；如：《项目》文件夹，里面有很多的管理项目，如《合同》文件夹，《技术协议》文件夹，《外购件》文件夹、《夹具》文件夹等等；其他的文件夹管理大家都用的很多了，估计都很清楚，不再一一细说。

下面，那么我重点说说《夹具》文件夹中的文件管理，在该文件中，首先要有一个《数据管理》文件夹，它里面保存我们说要设计的夹具的基本的主要信息，夹具清单及要求；因为我们基本上是个人单机设计方式，其他的文件夹也就是各个夹具名称的文件夹，如（CH750）文件夹……，每一个这样的文件夹中如果是协同设计，也就是联网设计，文件夹（CH750）为总的数据文件夹。

该文件夹包含文件夹（Model），文件夹（CH750jig），文件夹（Worker），文件夹（Weld gun），文件夹（Common）等等和夹具组成有关的数据。

在下一级夹具文件夹中如：文件夹（CH750jig）中有夹具中的组成部分文件夹（CH750.01）、（CH750.02）、（CH750.03）……，还有（CH750.base）……。

当然了，这样在夹具（CH750jig）的文件夹中，数据以及各部分的所属关系是十分明确的。

如下图一（文件存储）：图一（文件存储）在夹具图形中也是如此，见图二（设计图形中管理）：图二（设计图形中管理）这些是设计思路的整理，先整理出一个十分清晰的设计思路，各个部分是什么作用，对于设计人员以及审查图形的人来说都是十分清楚的。

在设计中，标准件和外购件的积累是相当重要的，我们在初期积累了一些标准件，如气缸、手动加紧器、L型连接块、铜套、滑轨、轴承等等，见下图三（标准件库管理）：图三（标准件库管理）那么这些积累对于提高设计速度是非常好的，整理的标准件、标准机构、常用机构、特殊机构及外购件等等，这些资料越多，给设计带来的思路和方法就越宽广。

通过这段时间的设计接触，我感觉到这种资料是必须在设计早期要做库文件来长期积累的。

此外，就是设计过程中对于软件掌握的情况了。

对于软件掌握的熟练，也可以大大加快设计的速度和质量。

当然了，还要对焊装夹具本身的功能比较清楚。

下面是我们初期所做的一些设计如下图四（总装图的设计）：图四（总装图的设计）二．部件（装配组件）设计在实体设计的过程中，我们根据我们设计的需要，确定对冲压件进行定位和夹紧的位置，也就是通过前期对汽车焊接冲压件在进行焊接的时候，在哪些位置进行定位，那些位置进行夹紧，可以实现定位的准确和夹紧的可靠，对采用焊机进行焊接非常合理的位置来进行定位和夹紧。

当然了，这部分方案设计可以在二维中进行设计或三维中进行设计，不再细谈，就以二维图为例来谈，如下图五（设计方案）：图五（设计方案）拿到方案图以后。

开始进行各个分部件设计，部件是由各个零件组成的，从图二的目录中可以看出。

比较好的方法是自顶向下进行设计，针对冲压件的要求，按照图五的方案，对每一个部件进行设计。

如图六（部件图）：图六（部件图）图六中为一个部件的图形，是按照方案，自顶向下进行设计的结果。

当然了，按照方案，依据数模，进行设计；从图中也可以看出，装配件是由各个不同的零件组成，主要是完成各个零件的设计，这些零件再按照不同的关系，装配在一起。

它们装配的时候依据的关系也称为约束。

按照约束关系将它们装配起来。

如图七（装配关系图）图七（装配关系图）对于部件，当完成了关键的零件（定位销、定位型面）设计，接下来就应该是设计的装配情况了，这些要看设计者积累的数据。

积累的数据越多，在有些特殊的情况下可以通过比较，选择最优化的方式来实现设计部件的合理性。

三．零件设计当然了，从部件的设计中可以看到，部件是由零件组成的，零件设计是主要部分，按照图五方案进行设计，方案中的定位、夹紧点。

关键的，和冲压件有直接关系定位、夹紧点，要在车身的坐标下来完成。

下面就一个型块举例来说明，如下图八（实体及草图）图八（实体及草图）数模实体前要先创建草图，在草图绘制器里面完成零件实体的外形设计，见图八；外形设计完成后，返回到实体设计界面，拉伸生成该零件，接下来就是打孔和型面处理。

如上图八中的打孔，当零件实体完成后，再利用POCKET DEFINISION命令来完成开孔的工作。

如下图九（实体及延伸到面），对冲压件支撑的型面接触部分，通过PAD DEFINISION命令来完成,也就是延伸命令，延伸到冲压件表面。

图九（实体及延伸到面）其它零件的设计，和上述讲的零件设计过程雷同，先完成草图，再返回到实体设计界面，将草图元素拉伸成实体。

对于零件的设计，主要就是关键零件设计，连接零件设计，机构零件设计等等，这里不再一一细说了。

这些关键零件一定要严格按照车型数模的原始位置进行设计，设计完成后，特别是这些对设计数据要求特别准确的零件。

最好不要按照一个简单的零件设计完成后，再装配，这样会给检测带来不便。

四．总装配组件设计完成了各个部件（装配组件）设计，通过装配现有组件的命令（见图十（装配现有组件））将各个部件装配起来，就生成了图四的总装配图。

图十（装配现有组件）总装配图的前提是各个部件的设计都完成了，检查没有问题了，通过装配现有组件将其装配起来。

在这里，保证每一个部件里面的坐标系（关键定位形块和定位销坐标都是车身坐标）都是车身坐标，那么只需要将各个部件装配起来，每一个部件的位置都是车身坐标的位置，生成的图形不需要约束，位置都是准确的。

当然了，如果设计中不是按照这种设计进行的，也可以通过给每一个部件输入位置参数，使其位于其所在的位置。

这样总装配图的设计就完成了。

下面是对总装配图的完善。

总装图设计完成后，夹具的概念图（施工图）形完成到了一个阶段，再将焊钳引入到设计图形中，看看焊接性是不是很好，可能有些设计零部件可能不能很好的满足焊接性，分析不能满足焊接的原因。

1）可能是焊钳选择的不合适，这时候要调整焊钳的型号，选择出合适的焊钳，进行再模拟。

焊钳的选择是合适的，这时候要看使用焊钳焊接的方法是不是合适，不合适的要采用正确的焊接方法和焊接工艺。

2）也可能是零部件的设计不合理，这时候要改变这种不合理的结构，更改零部件图形，达到满足焊接性的要求。

3）还有，就是数模在设计的时候，对于冲压件的焊接性缺少考虑，这时候要和数模创建人员交流，更改数模，达到满足焊接性的要求。

总之，设计的夹具要能很好的满足不同工艺的焊接性。

除了焊钳的因素外，还有操作性、人机性能，就是操作者是不是能够很方便的操作，维护等等。

各部件的运动是不是干涉？各部分的力学性能是不是满足设计的需要？等等这些问题都要仔细地查找产生的原因，针对问题解决问题。

直到使得设计达到完善、准确、合理，这样总装配图的设计就完成完善了。

五．工程图设计（二维图设计）当完成了夹具总装配图、部件设计、零件设计、焊钳模拟、运动仿真等等三维设计和分析，确认各个设计的准确性之后，接下来就是对所设计的三维图形进行工程图设计。

这里要设计好工程图设计的图签，如A1、A2、A3、A4等等，这个按照设计的要求，最好将图签设计放在工程图设计（Drawing）的“页背景”下进行设计。

将工程图的生成放在“工作试图”下进行设计，这样在每一个工程图里面，图形、图签、标注、说明等等各个部分修改和编辑都非常明朗化、理性化、合理化。

在这些准备完成后，针对我们的具体设计，进行总装配图、部件图、零件图的工程图设计，先将图签生成在页背景下，然后通过View Wizard将三维图生成在工作试图页面下。

见图十一（总装配工程图），图十二（部件图，零件图工程图）。

图十一（总装配工程图）图十二（部件图，零件图工程图）图中的标注是根据我们企业对总装配图、部件图、零件图的尺寸要求，来进行尺寸的标注。

完成了以后，对工程图进行校对、检查，确认没有问题了，这些图形就可以提供给制造了，制造单位根据图中的尺寸进行加工、装配等等。

六．结语。

总体来说使用该软件（CATIA）进行汽车焊装夹具的三维设计，我们收到了一定的成效，在三维设计环境中，设计的数据准确可靠，出错率低，对于夹具的分析和审查工作相当直观，对于适应我单位的汽车焊装夹具三维设计的二次开发来说，收到了我们预期的目的。

近年来，随着我国正式加入WTO，经济全球化和信息化使我国制造企业竞争环境、发展模式和活动空间等发生了深刻变化。

这些变化对我国制造业提出严峻的挑战。

CAD/CAM的技术进步始终和工程实际相结合，它在我国的使用和发展必将对制造业产生深远的影响，对提高我国制造业核心竞争力起到举足轻重的作用。