0 引言
汽車產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，白車身是汽車四大總成之一，焊接工藝是汽車四大工藝之一，因此汽車白車身焊接在整個汽車產(chǎn)業(yè)，甚至國民經(jīng)濟中都起到了重要的作用。三維設(shè)計軟件技術(shù)系統(tǒng)具有設(shè)計靈活性高、設(shè)計周期短、可視化好等特點，能夠從本質(zhì)上減輕工程師大量簡單繁瑣的工作量，使其能夠?qū)⒕杏诟挥袆?chuàng)造性的高層次思維活動中。在汽車產(chǎn)業(yè)中，由于眾多主機廠采用CATIA軟件主導(dǎo)主機的虛擬設(shè)計，因此在下游產(chǎn)業(yè)中CATIA的應(yīng)用極具代表性且范圍極廣，使用CATIA進行焊接夾具虛擬設(shè)計，極大地提高了焊接夾具的設(shè)計過程質(zhì)量，縮短了焊接夾具從設(shè)計到生產(chǎn)的周期，降低了成本。
1 汽車白車身焊接夾具設(shè)計概要
1.1 汽車白車身焊接夾具簡介
夾具是生產(chǎn)制造過程中用于夾持工件，以確保工件具有固定位置接受施工或檢測的機械機構(gòu)或部件。汽車白車身焊接夾具是采用焊接方式實現(xiàn)汽車白車身零部件（鈑金）間結(jié)合時使用的一體化裝置，包括地板（含測量）、定位、加緊、輔助等機構(gòu)。合理的焊接夾具結(jié)構(gòu)，有利于在焊接流水線生產(chǎn)過程中，在保證焊接質(zhì)量的前提下，平衡工位時間，降低非生產(chǎn)用時，提高生產(chǎn)效率。
1.2 汽車白車身焊接夾具設(shè)計概要
汽車白車身焊接夾具的設(shè)計綜合性很強，在設(shè)計之初要了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，知曉產(chǎn)品特點，熟悉生產(chǎn)綱領(lǐng)，熟知生產(chǎn)工藝。只有做到這些，才能設(shè)計出適用性良好的焊接夾具。汽車白車身焊接夾具的應(yīng)用，是在保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量與安全生產(chǎn)的前提下，以提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本為目的的。因此焊接夾具的設(shè)計要無條件的服從這個目的。
夾具一般為單套、對稱套生產(chǎn)，使用時間較長，設(shè)計時應(yīng)遵循實用性，經(jīng)濟性，可靠性，藝術(shù)性等原則。設(shè)計時盡量用成熟的標(biāo)準(zhǔn)件（國標(biāo)件、企標(biāo)件等），例如補高臺、支座、限位塊、定位銷、墊片、氣缸等。
2 焊接夾具虛擬設(shè)計解析
2.1 焊接夾具命名解析
一般線體類焊接夾具三維模型結(jié)構(gòu)樹主樹中，父級組只允許出現(xiàn)DATA（產(chǎn)品鈑金文件，含焊點）、GUN（焊槍文件）、Mankin（人體模型）、ROMER（三坐標(biāo)文件）、JIG（焊接夾具文件），如圖1所示。各類子級文件必須屬于以上父級文件。零件號、實例名稱與文件名保持一致，實例名稱用后綴“.1”、“.2”、“.3”…來表明，零件號永遠(yuǎn)唯一。
圖1 一般線體類焊接夾具三維模型結(jié)構(gòu)樹主樹
夾具部裝號（單元號）、零件號按01、02、03…順次排列。當(dāng)零件號為00時為部裝裝配號，部裝號01為夾具底座部裝。部裝（單元）內(nèi)禁止出現(xiàn)對稱命名。
企標(biāo)件可不按首字母進行排序，只須將同一種類按實例名稱排序，且中間不穿插其他種類的企標(biāo)件即可，外購件按照廠家分類，并按廠家首字母A、B、C、D、E、F...順次排列，如：KEYENCE、MISUMI、SMS，并在零件編號中標(biāo)記廠家名稱。
2.2 焊接夾具解析
一般焊接夾具由底座與定位/夾緊機構(gòu)兩大部分組成。底座主要起到支撐、定位各機構(gòu)、安裝控制裝置、增加夾具高度等作用。定位/夾緊機構(gòu)主要起到定位鈑金件與固定鈑金件的作用。
2.2.1 焊接夾具底座結(jié)構(gòu)解析
典型焊接夾具底座由底板（板面+骨架），控制開關(guān)機構(gòu)，氣動元件等組成。底板主要分板面與骨架兩部分。板面主要起到安裝定位/夾緊機構(gòu)、控制開關(guān)、氣動元件連接板的作用；控制開關(guān)機構(gòu)主要控制夾具壓臂的打開與加緊；氣動原件主要涵蓋電磁閥島和氣動三聯(lián)件等控制與過濾性氣動原件。骨架主要由槽鋼焊接而成，并安裝吊耳與地腳，主要用于搬運和固定夾具，如圖2。
圖2 焊接夾具底座結(jié)構(gòu)
2.2.2 焊接夾具定位/夾緊機構(gòu)解析
典型焊接夾具定位/夾緊機構(gòu)由定位銷、支撐塊、壓緊塊、連接塊、限位塊、壓臂、立板、支座、氣缸等零件組成。定位銷主要起到產(chǎn)品定位的作用，支撐塊、壓緊塊主要起到固定產(chǎn)品的作用，限位塊主要起到定位加緊點的作用，氣缸主要起到執(zhí)行打開、加緊等動作的作用，其余零件為輔助性連接零件。其中定位銷用于定位產(chǎn)品，需要在X、Y方向可調(diào)，支撐塊、壓緊塊用于固定產(chǎn)品，一般需要在X或Y方向上可調(diào)，通過連接塊的形式可調(diào)整方向，通過調(diào)整連接塊之間的墊片厚度可調(diào)整位置。典型焊接夾具定位/夾緊機構(gòu)如圖3。
圖3 典型焊接夾具定位/夾緊機構(gòu)
2.3 焊接夾具虛擬設(shè)計解析
2.3.1 焊接夾具虛擬設(shè)計方法解析
焊接夾具的虛擬設(shè)計需要對虛擬設(shè)計概念中的“自頂向下設(shè)計”（Top-Down）與“自底向上設(shè)計”（Bottom-Up）進行混合使用。
典型焊接夾具的繪制流程如下：
1）在CATIA的裝配設(shè)計中插入產(chǎn)品鈑金件，并固定位置，父級組為DATA。
2）插入焊槍并移動到相應(yīng)位置，父級組為GUN。
3）繪制焊接夾具，父級組為JIG。①繪制焊接夾具底板，定義產(chǎn)品鈑金件到底板的高度；②繪制定位/夾緊機構(gòu)，定義產(chǎn)品鈑金件的定位、夾緊位置（夾緊點的確定應(yīng)參照客戶提供的技術(shù)文件，例如MCP定位方案書等）；③繪制除底板外的底座部分及其他輔助性機構(gòu)。
4）插入人體模型，示意整體效果，父級組為Mankin。
2.3.2 主要零部件繪制方法解析
數(shù)模的建立就是將單一的特征功能指令，進行有效有序的排列組合，以產(chǎn)生我們希望達到的效果，使模型可以根據(jù)需求快速方便的修改。在建模過程中離不開設(shè)計原理、制造工藝等相關(guān)知識的運用，只有設(shè)計意圖明確，設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)統(tǒng)一，設(shè)計出的模型才是優(yōu)秀的模型，這樣的設(shè)計過程才是科學(xué)的建模過程。企業(yè)要想在項目實施過程中盡可能的避免反復(fù)冗余的工作，就要在項目設(shè)計規(guī)劃之初，使用科學(xué)的建模過程進行數(shù)模的繪制。下面是幾種焊接夾具中主要零件的繪制方法。
1）定位銷類（回轉(zhuǎn)類）
定位銷類零件一般使用“回轉(zhuǎn)體”命令繪制，銷上如需添加螺紋則使用“內(nèi)螺紋/外螺紋”命令（螺紋形狀不顯示），若是菱形銷則需在使用“凹槽”命令切出菱形。如圖4。
圖4 定位銷類建模示例
2）板、塊類（凸臺類）
板、塊類一般使用“凸臺”與“凹槽”命令繪制，如果零件上有孔，則使用“孔”命令繪制。如圖5。
圖5 板、塊類建模示例
3）焊接件類（幾何體類）
焊接件類一般由多個集合體組成，每個集合中一般使用“凸臺”、“凹槽”、“孔”等命令繪制。如圖6。
圖6 焊接件類建模示例
3 焊接夾具工程圖制作
焊接夾具工程圖可以使用CATIA的工程制圖模塊進行繪制，也可投圖后使用AutoCAD軟件進行繪制，但作者建議使用CATIA軟件繪制工程圖，這樣在3D數(shù)模變更時便能急速的響應(yīng)，以減少繪圖時間。
3.1 焊接夾具工程圖的一般繪制流程
首先繪制工程圖前要確實當(dāng)前3D數(shù)模是否為須制圖的數(shù)模，是否為最終版數(shù)模，確認(rèn)無誤后方開始制圖，這樣可避免繪圖的重復(fù)性，之后選擇投影角法后開始投圖、標(biāo)注、填寫技術(shù)要求，最后經(jīng)檢查無誤打印成圖紙交付加工。典型的“塊”類結(jié)構(gòu)工程圖如圖7所示。
圖7 典型的“塊”類結(jié)構(gòu)工程圖
3.2 焊接夾具工程圖的注意事項
大方向上，由于客戶的焊接夾具的技術(shù)要求和管理制度不同，導(dǎo)致不同客戶有不同的要求，在繪制2D工程圖時要注意各客戶的特殊要求。在細(xì)節(jié)上，繪制2D工程圖的過程中要注意尺寸公差的標(biāo)注與技術(shù)要求的填寫。
4 結(jié)語
伴隨社會的不斷進步，市場需求處于不斷的轉(zhuǎn)型階段中，從原先具有大眾性、單一性的市場轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣氖袌觯u方市場逐漸朝著買方市場轉(zhuǎn)變，這樣的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致企業(yè)的市場競爭越來越激烈，對于大多數(shù)企業(yè)來說，將面臨較大的壓力和挑戰(zhàn)。因此，企業(yè)只有不斷的提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)物美價廉，才能在競爭中占據(jù)一席之地。
汽車白車身焊接生產(chǎn)線中焊接夾具對生產(chǎn)效率的提高具有重要的意義，使用CATIA軟件對焊裝夾具進行虛擬設(shè)計收到了甚高的成效，在3D設(shè)計環(huán)境中，設(shè)計的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，出錯率低，對于夾具的分析和審查工作相當(dāng)直觀，在2D的制圖環(huán)境中尺寸標(biāo)注方便，并且2D與3D相關(guān)聯(lián)，3D數(shù)模變更時2D工程圖可迅速變更，縮短了焊接夾具從設(shè)計到生產(chǎn)的周期，并降低了成本。
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本文標(biāo)題：汽車白車身焊接夾具虛擬設(shè)計
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