使用CATIA设计汽车焊接夹具的流程

基于CATIA的轿车车体夹具设计及模拟乔印虎;张春燕【摘要】依据车体焊装线夹具设计理论,对轿车后地板各工位焊接夹具及其焊装总线进行规划、设计,应用CATIA V5R17进行夹具建模、装配,并应用CATIA的DMU模块对各工位夹具每个单元气缸运动过程进行模拟,检查干涉并优化结构,插入焊钳确定其数量、型号及判断其可达性,最终设计出符合要求的夹具图并生成相应工程图.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】3页(P236-238)【关键词】焊装夹具;焊装线;轿车车体后地板;CATIA【作者】乔印虎;张春燕【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥,230009;安徽科技学院工学院,凤阳,233100;安徽科技学院工学院,凤阳,233100【正文语种】中文【中图分类】TH16;TB471 引言当前，轿车需求呈现多样化和普遍化。

轿车车体开发占轿车开发资金的1/7，而其焊装线及夹具的开发和设计是车体开发关键[1]，市场竞争要求产品研发周期更短、新产品寿命变短，而目前国内白车体焊装线领域，绝大多数轿车制造厂还停留在二维图纸、EXCEL 报表水平上，文本性工作占据了大量时间，采用先进成熟的三维软件不仅能实现二维图需要，且能满足一些其它需要。

论文先用CATIA 进行参数化建模、装配，并应用其DMU 模块对每个夹具单元气缸运动过程进行模拟，以缩短产品开发周期，提高产品质量。

2 待焊工件特点分析论文设计了一款轿车后地板左后侧梁分总成焊装夹具，采用CATIAV5R17 软件环境。

左后侧梁分总成三维数模，如图1 所示。

图1 左后侧梁分总成工件呈狭长型，曲面复杂且极不规则，焊接工件数量多，焊点数量多且不在同一平面，需要定位销和定位面进行多重定位。

此工位的作用是将之前已焊接好的左后拖车钩总成、后桥左安装支座总成、后螺旋弹簧支撑座、左后侧梁加强板与左后侧梁本体焊接在一起，其中，左后拖车钩总成、后桥左安装支座总成与左后侧梁本体的主定位不在一个平面内，这是此工位设计的重点和难点。

CATIA设计汽车焊装夹具的基本过程第一步：打开如下图的CATIA的文件界面从START新建一个Product文件，命名这个装配图文件与要设计的工位的GA名字相同，比如 AFO 30-01-00-00第二步：在激活AFO30-01-00-00的情况下新建一个装配图，装入PNL,比如AFO30 PNL从此出点击新建AFO30PNL点击此处命令到存放各部分PNL的文件夹里面，选定此工位所需要则各部分pnl装入AFO30PNL的装配图下第三步：进入如下界面，则PNL装入完成，进行下一步各UNIT设计第四步：鼠标双击AFO30-01-00-00,将GA激活，新建一个UNIT的Product，比如AFO30-01-01-00同样点击此处新建各个UNIT的Pruduct，新取名字AF030-01-01-00第五步：鼠标双击AFO30-01-01-00,将第一个UNIT激活，在AFO30-01-01-00下新建一个PART，比如：SECTION 准备放入新建的断面点击此处新建一个PART ,比如SECTION,此PART专门放置截取注意，新建一个PART时，此处提示一定要选“否“，这样PART坐标第六步：假设在垂直X方向上的900X的面上有一定位点，首先激活SECTION,在SECTION下建一X=900平面,如下：双击此处将SECTION激活点击此处新建平面点击鼠标右键，选择YZ Plane 将此处的数值改为900，确认后将建立x=900的平面，注意方向建成后的平面第七步：用建成的平面截取pnl的断面。

进入Generative Shape Design设计模式下点击此处，出现如图示界面选择要剪切的部件pnl如有多个pnl则剪切多次，厚度方向需要判断后，再偏置选择用那个平面剪切，比如，选择我们做的x=900的平面剪切剪切后的断面第八步：回到part design模式下，激活afo30-01-01-00新建一零件，比如afo30-01-01-01点击此处新建零件，比如afo30-01-01-01第九步：激活零件，开始进行第一个零件设计点击此处，进入草图设计模式选择x=900的平面作为草图放置平面对草图相对于车体进行整数约束在对草图进行详细的尺寸约束编辑完毕后点击此处退出，则本孔打完，后开始打下一孔打孔完毕后，本零件建模结束，然后按同样的办法进行下一个零件的设计文件夹里面，选定此工位所需要的PNL打开新取名字AF030-01-01-00SECTION,此PART专门放置截取的车体PNL断面一定要选“否“，这样PART坐标与车体坐标一致。

浅谈汽车焊接夹具的结构设计随着社会经济的发展和科技水平的提高，汽车行业获得了广阔的发展空间，有力地促进了国民经济的发展。

在人们的生活有了极大改善的情况下，人们对汽车的外观、性能、舒适性、安全性等方面有了更多的需求。

白车身是整车的基础，而汽车焊装夹具的结构和精度直接决定车身的焊接质量。

为此，本文将从汽车焊接夹具进行分析，希望有效的控制并提高车身的焊接质量。

1.汽车焊接夹具的简介把车身冲压件在一定的工艺装备中定位并夹紧，组合成车身分总成及总成，同时利用焊接的方法使其形成整体的过程称为装焊过程。

它是车身的装配和焊接连续进行的一个过程，焊装过程所使用的夹具称为焊接夹具。

在焊接过程中，合理的夹具结构有利于合理安排流水线生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时。

对具有多种车型的企业，科学地考虑共用或多车型共用一套夹具，有利于建造混型生产线，提高生产效率。

为提高我国汽车焊接夹具的设计水平，本文对汽车焊接夹具的设计原理、结构和设计方法、原则进行了一定的研究和探讨。

2.白车身焊接工艺的特点2.1使用材料及结构特点汽车焊接材料主要是低碳钢的冷轧钢板、镀锌钢板，及少量的热轧钢板。

它们可焊性好，适宜大多数的焊接方法，但由于是薄板件，因而刚性差、易变形。

在结构上焊接散件大多数是具有空间曲面的冲压成形件，形状、结构复杂。

2.2焊接方法汽车焊接方法主要有CO2气体保护焊和电阻焊。

CO2气体保护焊应用范围较广，且对夹具结构要求不十分严格。

电阻焊对夹具要求严格，尤其是多点焊、机器人点焊。

因汽车焊接以电阻焊为主，所以本文将针对电阻焊夹具的设计进行探讨。

2.3焊接工艺流程汽车焊接的基本特征就是单件到部件再到总成的一个组合的过程。

从分总成到车身焊接总成的每一个过程，既相互独立又相互关联，因此分总成的焊接精度决定了整车焊接总成的焊接精度和焊接质量。

为了保证产品的质量，这就要求从单件到总成的各个焊接工序采用统一的定位基准。

在整车出现质量问题时便于质量问题原因的分析，便于整改和控制。

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。

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

随着应用水平的提高，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软件与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。

应用推广，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。

CATIA/ENOVIA Training2007.09.28D M U 运动仿真详细步骤前言：建立运动仿真需要3个基本条件：1.确定所有零部件都与另外一个零件之间具有运动副，例如：转动、滑动、铰链、齿轮转动、固定连接等。

2.确定一个固定不动的零部件作为基础。

3.在建立第一步的各种运动副时，选择其中一个运动副作为控制动力源，通过其他运动副作为约束方式带动所有未固定的活动零件进行运动仿真。

第 0 步打开焊夹模型使用 "文件" ->"打开"并选择GH-701D.CATProduct注：文件夹内的GH-701D-TEST.CATProduct为按照本文设置后的完成文件，供各位同仁参考指正。

进入运动仿真模块开始——〉数字模型——〉DMU kinematics显示如下结构树第一步建立第一个运动副----刚性接点1. 点击刚性接点图标，位于图标内，点击右下三角可见。

注：刚性接点就是将2个零件固定在一起，在整个运动中，他们2个是作为一个整体在运动的。

刚性接点窗口出现，如下图：2. 点击新机构（New Mechanism）按钮3. 重新命名（可以使用方便记忆的中文名字，如“夹紧.1”）。

注：以下均应为“夹紧.1”，不要再新建机构。

4. 选择如下图所示的两个零件（固定夹板.1和固定夹板.2）固定在一起6. 左面结构树中最下方出现本次运动副（刚性接点）注：如果建立的连接不正确，需要删除时，一定要连带删除所有子代。

因为刚性接点建立后，catia会自动建立2个零件之间的固联约束，在运动中限制这2个零件之间的位置关系，打开结构树中的“约束”可以看到。

建立第二个刚性接点7. 点击刚性接点图标建立第二个刚性接点8. 选择如下图所示的2个零件（蓝色连接板.1和蓝色连接板.2）固定在一起9. 点“确定”，完成刚性接点的建立建立第三个刚性接点10. 点击刚性接点图标建立第三个刚性接点11. 选择如下图所示的2个零件（蓝色连接板.1和手柄）固定在一起建立第四个刚性接点12. 点击刚性接点图标建立第四个刚性接点13. 选择如下图所示的2个零件固定在一起，黄色连接板.1和黄色连接板.2.建立第一个螺杆接点14. 点击螺杆接点图标建立第一个螺杆接点，位于图标内，点击右下三角可见。

基于CATIA汽车焊装夹具设计流程1Project文档Directory的预备1.1创建Project Directory具体位置请向你的 System Administrator 问询。

其目录结构，如图 1.1 所示：图1.1文档目录结构1.2文件名命名规则◆工件：工位代号—UNIT 号—零件序号（与相应图纸图号相比，少项目代号）例：FW002L-00-00 —— FW002L 工位的 GAFW002L-01-00 —— FW002L 工位的 U01FW002L-01-01—— FW002L 工位 U01 的零件 01◆标准件：名称与标准件号一致。

但若文件内容更改，文件名也要作相应修改。

◆外购件：名称与样本订购编号一致。

气缸后面加“ _实际应用行程”◆国标件：国标号_型号例：GB93-87_8代表弹簧垫圈82CATIA设计过程中的工作环境图2.1CATIA主要模块如图 2.1 所示，设计所涉及的模块包括：2.1零部件设计做基本 PART 的设计，对某个 PART 一般设计和修改时所在的工作状态。

2.2装配件设计在对 PRODUCT 操作和修改时所在的工作状态。

可以完成装配和新建产品和零部件。

2.3草图绘制器当新建文件时要先画草图再拉伸，当在 PART 下画草图时自动进入该状态。

按工作台按钮自动退出。

2.4工程图绘制做二维图时所在的状态。

新建 DRAWING 时自动进入。

2.5线框和曲面设计/创成式外形设计是在操作 PART 时的一种状态，可以和零部件设计状态互换，当一些操作在零部件设计状态下不能完成时可以在该状态下完成。

如画圆、作曲面的有关操作时。

3设计步骤3.1新建PRODUCT文件为工位总成图3.1新建产品对话框如图 3.1 所示，建立新产品。

如图 3.2 所示，对 PRODUCT 操作，右键—属性—产品—零部件号，进行修改，改为工位总成编号，“确定”后保存到工位文件夹下如：…\FW002L。

基于CATIA VBA二次开发汽车焊装夹具智能设计系统的技术方案一.绪论随着市场竞争日益激烈，制造业中起着重要作用的人工夹具设计已经不能满足生产的需要，有着高效快捷特点的计算机辅助夹具设计(CAFD)应运而生。

计算机辅助夹具设计经历了不同的发展阶段，技术日趋成熟并且正在逐步应用到生产实际之中，起到缩短生产周期、提高设计质量、降低生产成本、提高设计和生成效率等等多方面的作用。

1.1项目的研究背景和意义随着世界经济飞速发展和市场的全球化，制造业空前激烈发展。

传统的制造技术已经不能适应经济的高速发展，也不能满足多样性的要求，为了改进传统的制造技术，提高生产效率，使企业在竞争中获胜，对工艺装备的柔性化提出了迫切的要求。

计算机辅助夹具设计技术就是在上述背景下产生的，即利用计算机辅助人工进行夹具设计的一种先进制造技术。

最初的CAFD系统是交互式设计界面，可以完成相对复杂的夹具设计任务，在一定程度上节省了设计绘图和修改的时间。

随着计算机水平的提高和各种理论的成熟，在基于成组技术和知识工程的基础上CAFD带有一定的智能性，提高了夹具设计自动化程度。

目前的CAFD 系统正在朝着以实际生产应用为导向的计算机辅助夹具设计上发展，使其更具智能化和自动化。

最终，带来工程设计速度加快和节约设计成本两方面的益处，改善汽车焊装夹具建模过程，减少夹具设计所需的经验，使设计过程便捷省力，使设计过程更加灵活。

1.1.1项目的研究背景在现代汽车生产中，焊装夹具是必不可少的工具。

它们用于保持汽车零部件在正确的位置并确保焊接的准确性和一致性。

然而，传统的焊装夹具设计方法存在许多不足之处，如设计效率低下、重复劳动等。

因此，开发一种基于CATIA VBA的二次开发汽车焊装夹具智能设计系统具有重要的研究意义。

1.1.2项目的研究意义通过开发智能设计系统，可以提高焊装夹具的设计效率和精确度。

智能设计系统可以利用计算机的案例推理和规则推理技术，根据之前的经验和规则来生成夹具设计方案，减少设计师的重复工作。

汽车自动化焊接夹具设计全过程一、工艺分析流程在开始进行夹具设计前需要进行工艺分析条件注入，要求我们完成以下几个工作内容:1、根据数模、产品图、参考车工艺进行焊接SE分析，编制焊接工艺流程并提出定位孔并编MLP、MCP；2、根据设计纲领、数模、产品图、参考车工艺、焊接工艺流程，初步确定夹具数量；3、根据工艺路线、夹具数量进行工艺平面布置图的设计；4、初选焊钳图库；5、工位节拍、安全管理及详细工艺方案；6、物流要求。

夹具公司根据整车厂提供资料将完成夹具的设计制造，如下图所示1、装件时间：小件2秒，大件5秒；2、夹紧、松开时间：每级2秒；3、夹具举升、旋转时间：各5秒；4、滑台平移（气动）：根据平移距离按平均0.1米/秒的速度计算；（一般行程0.5米）5、输送线升降时间：根据升降高度按平均0.1米/秒的速度计算：（一般行程0.5米）6、 输送线前进、后退时间：根据升降高度按平均8米/分钟的速度计算；（一般升降高度4米）焊接时间的参考计算；1、 点焊：3——5秒每点，根据焊接部位、焊钳大小操作方便性确定。

一般中小夹具：每点4秒，地板大焊钳工位每点5秒，侧围补焊、车身补焊每点3秒。

换枪时间5秒。

以上包括焊枪移动时间。

2、 弧焊：连续焊10毫米/秒； 3、 凸焊螺母、植钉：5秒/个；4、 涂胶：连续涂胶20毫米秒，涂胶胶点2秒点。

二、 夹具三维建模1、 建模准备首先根据车身三维数模截取零件截面，然后将零件截面图读入到夹具设计单元中。

结合设计基准书、夹具夹持方案、MLP 、MCP 分析单元数量及分布方向，夹具操作高度、控制方式，各单元定位销的类型、定位面的组成、压紧方式分析确定各单元的结构组成部件，选用标准件、国标件的类型及数量。

设置软件参数后，进入标准件库，选择合适的标准件，包括压块、定位块、定位销托、气缸等。

完成标准件选择后，进入到草图平面，绘制非标件，包括GAUAGE 、CLAMP 及自制件等 。

改变气缸的尺寸约束，检查夹具的干涉情况。