1 前言
在運用CATIA設計汽車焊接工裝的過程中，經常用到鈑金定位銷、角座、扶手、操作臺、U型塊、直線導軌等零件。這類零件的建模方法并不復雜但是由于此類零件的數量在所用零件中所占比例較多，這類零件的建模，在設計過程中占很大比例，因此考慮利用CATI A軟件的“庫編輯器”功能，實現此類零件的標準化處理，從而有效的提高工裝設計的效率。
2 常用零件建模過程分析
2.1 汽車工裝設計常用零件概述
汽車焊接工裝設計中的常用零件包括L型角座、U型塊、定位銷等。
2.1.1 常用L型角座建模
角座零件包括L型角座、l型角座、特制角座。L型角座的模型由2個參數確定：角座的高度H、銷弄高度S4。在CATI A中其建模過程為：首先選取零件設計“Part Design”模塊：
1.在選取的平面上確定底座的長L和寬B，然后用Pad（拉伸）功能確定底座的厚度B2；
2.選取底座側面確定支架高H和厚B1，然后用Pad（拉伸）功能確定支架的寬B；
3.在選取底座平面上確定銷孔及螺栓通過孔位置S5、S6、S7、S8，然后用（凹槽）功能開孔；
4.在選取底座平面上確定銷孔及螺栓通過孔位置S1、S2、S3、S4，然后用（凹槽）功能開孔；
5.使用（加強筋）功能創建加強筋厚度B3，完成的角座建模如圖1。
圖1 L型角座模型
2.1.2 角座的設計要求規范：
2.1.3 常用L型角座尺寸要求如表所示。
3 定位銷標準化
3.1 CATIA參數化過程概述
3.2 建立零件的模型
定位銷可以采用以下方法進行建模。
1.進入CATIA的零件設計“Part Design”模塊，新建零件Part，命名為“Pin”；
2.選中XY平面，并單擊“草繪編輯器”圖標-繪制草圖，用輪廓工具。繪制草圖，繪制草圖為保證造型的穩定性添加約束，完成產品結構設計的草圖，繪制完成的草圖如圖2所示；
圖2 創建草繪、約束
3.退出草圖模式，單擊“旋轉”工具，單擊“確認”按鈕；
4.單擊“倒圓角”工具，定義“半徑”為1mm，選擇要圓角化的對象，單擊“確定”按鈕；
5.單擊“內螺紋/外螺紋”工具，選擇“圓柱面”、“起始面”定義螺栓型號，單擊“確認”按鈕；
6.渲染定位銷材質20Cr。
圖3 定位銷模型
3.3 零件的參數化
參數化零件設計：將一個零件造型其中的一個或一部分參數，例如長度、高度、寬度等顏色及材質相對較復雜的參數，比較特殊的參數，下面論述通過長度參數及之間的關系來完成定位銷零件系列化的設計。通過參數化的設計可以快速的將一個工廠常用的產品零件系列凝結到造型庫里，再設計時當做標準件一樣使用。
3.3.1 創建公式、賦值
在CATIA中打開建立的“Pin.CATPart”文件，單擊“智能”工具欄里“公式”按鈕，選擇新建類型參數“長度”（注：“長度”單位為mm與本次建模單位一致），新建參數A、B、d、R、C，并賦值。如圖4。
圖4 創建公式、賦值
3.3.2 關聯參數
參數必須附著在基本的零件結構上，以下論述五個獨立的參數與一個零件關聯的步驟：
1.進入“草圖.1”，“編輯公式”打開公式編輯器，將幾何尺寸與A、B、d、R關聯起來。如圖5。
圖5 關聯參數
2.雙擊特征樹編輯特征“倒角”，關聯“長度1”。
3.此建模中草繪幾何尺寸中d、R兩參數均為實際數值的一半，在關聯中除以2確保一致性。得到關系如圖6。
圖6 關系
3.3.3 創建對應的Ex cel標準化數據文件
新建Excel文件（注：CATIA不支持office2003以上版本），在Excel表格的第一行依次輸入：
“Part Number”、“A長度(mm)”、“B長度(mm)”、“d長度(mm)”、“R長度(mm)”、“C長度(mm)”，其中“Part Number”列為零件編號（P、N須大寫），“A長度(mm)”為定位銷有效定位長度，“B長度(mm)”為導向長度，“d長度(mm)”為定位銷直徑，“R長度(mm)”為銷尖倒圓角，“C長度(mm)”為螺紋倒角，定義單位為mm。例如輸入“CACP-Y1-5.8×15”表示定位直徑為5.8mm，有效定位長度為15 mm的圓型定位銷，依據企業標準在“A長度(mm)”、“B長度(mm)”、“d長度(mm)”、“R長度(mm)”、“C長度(mm)”列輸入對應數值，如圖所示，將文件保存為“Pin.xls”。
3.3.4 創建設計表
在“Pin.CATPart”零件視圖中，單擊“知識工程”工具欄里的“設計表”按鈕，選擇“從預先存在的文件中創建設計表”選項，然后單擊“確定”，選擇保存的“Pin.xls”文件，打開后彈出詢問對話框“是否自動將設計表的列于同名模型的參數關聯嗎”，選擇“否”。在彈出的對話框中單擊“關聯”選項卡，過濾器類型選擇“用戶參數”并將“A長度(mm)”、“B長度(mm)”、“d長度(mm)”、“R長度(mm)”、“C長度(mm)”，分別與零件的對應參數關聯，如圖7所示，然后單擊“確定”，保存文件，關閉“Pin.CATPart”文件。
圖7 編輯公式
3.4 創建標準零件庫
在CATIA菜單中依次選擇“開始”、“基礎結構”、“庫編輯器”，雙擊左側目錄樹上的“章節”，單擊“添加零部件系列”工具按鈕。在彈出的零件系列定義對話框中，輸入零件名稱Pin，類型選擇“標準”，單擊“引用”選項卡上的“選擇文檔”按鈕，瀏覽“Pin.CATPart”文件，如圖8所示，單擊“確定”，CATIA自動生成了包含Excle數據的定位銷。單擊預覽查看生成的一系列標準化的零件，如圖9所示。單擊“文件”-“保存”菜單，將文件保存為“Pin.catalog”。
圖8 零件系列定義
圖9 一系列標準化零件
4 設計過程中使用標準化的零件
4.1 汽車焊接工裝3D結構圖設計
前提輸入：工裝設計員接到甲方提供的會簽版夾具仕樣書，參照車型工序圖卡、沖壓件RPS圖、車型焊裝夾具技術要求，在進行3D結構圖的設計之前，必須具備一定的3D設計圖庫，方便設計時調用，即可使設計標準化，又可節省設計時間。
圖10 標準件圖庫模型
以下論述3D設計步驟：
1)根據工序圖卡，將要設計的工位產品數模調入到3D夾具仕樣中：
2)插入相應標準化零件
在CATIA“裝配件設計”模塊中，單擊“庫編輯器”按鈕，點擊“瀏覽”按鈕選擇前面生成的“Pin.CATPart”文件就可以瀏覽到一組標準化的“定位銷”零件，選擇相應的零件，并拖到“目錄樹”中相應的裝配層級下就完成了插入標準化零件的操作。
3)約束標準化零件
1.在CATIA“裝配件設計”模塊中，在“目錄樹”選中插入標準化零件，單擊“智能移動”按鈕在智能移動窗口中選擇定位銷軸線，在“裝配件設計”窗口中選擇孔位軸線，通過箭頭調整方向，單擊“確定”。如圖11所示。
圖11 智能移動
2.單擊“操作”按鈕軸向調整定位銷位置，單擊“確認”。定位銷應穿出定位鈑件5～7mm，直徑為鈑件孔的直徑φ0.2mm。如圖12所示。
圖12 操作調整位置
4)按夾具仕樣上規劃的夾具定位位置和方式進行詳細夾具定位部分的設計，同時建立每一定位單元的零件設計目錄樹：
圖13 夾具3D仕樣書
圖14 創建每一定位單元的零件
5)如步驟三調入標準件及外購件，一個定位單元基本完成：
圖15 夾具3D仕樣書
圖16 壓頭離鈑件的距離要大于30mm
6)模擬壓頭打開角度，判斷是否方便鈑件豎直取出，一般打開后俯視位置壓頭離鈑件的距離要大于30mm以上。
7)按照以上步驟將其它定位單元設計完成：
圖17 工裝結構設計完成
8)焊鉗的3D模擬：
每一個焊點都要進行焊鉗操作的模擬，要充分考慮焊鉗的動態作業狀態，不可產生與夾具任何機構的干涉（安全距離不小于10mm），且作業人員要能較方便的操作，符合人機工程的要求。注：模擬過程中如有發現干涉，要對夾具機構進行更改，對定位面的更改須與工藝人員確認。
圖18 模擬操作
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本文標題：利用CATIA創建企業標準件庫及在汽車焊接工裝設計中的應用
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