0 引言
汽車產業是我國國民經濟的五大支柱產業之一，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業，甚至國民經濟中都起到了重要的作用。三維設計軟件技術系統具有設計靈活性高、設計周期短、可視化好等特點，能夠從本質上減輕工程師大量簡單繁瑣的工作量，使其能夠將精力集中于富有創造性的高層次思維活動中。在汽車產業中，由于眾多主機廠采用CATIA軟件主導主機的虛擬設計，因此在下游產業中CATIA的應用極具代表性且范圍極廣，使用CATIA進行焊接夾具虛擬設計，極大地提高了焊接夾具的設計過程質量，縮短了焊接夾具從設計到生產的周期，降低了成本。
1 汽車白車身焊接夾具設計概要
1.1 汽車白車身焊接夾具簡介
夾具是生產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或部件。汽車白車身焊接夾具是采用焊接方式實現汽車白車身零部件（鈑金）間結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。合理的焊接夾具結構，有利于在焊接流水線生產過程中，在保證焊接質量的前提下，平衡工位時間，降低非生產用時，提高生產效率。
1.2 汽車白車身焊接夾具設計概要
汽車白車身焊接夾具的設計綜合性很強，在設計之初要了解產品結構，知曉產品特點，熟悉生產綱領，熟知生產工藝。只有做到這些，才能設計出適用性良好的焊接夾具。汽車白車身焊接夾具的應用，是在保證產品焊接質量與安全生產的前提下，以提高產品生產效率，減輕勞動強度，降低產品生產成本為目的的。因此焊接夾具的設計要無條件的服從這個目的。
夾具一般為單套、對稱套生產，使用時間較長，設計時應遵循實用性，經濟性，可靠性，藝術性等原則。設計時盡量用成熟的標準件（國標件、企標件等），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構樹主樹中，父級組只允許出現DATA（產品鈑金文件，含焊點）、GUN（焊槍文件）、Mankin（人體模型）、ROMER（三坐標文件）、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，零件號永遠唯一。
圖1 一般線體類焊接夾具三維模型結構樹主樹
夾具部裝號（單元號）、零件號按01、02、03…順次排列。當零件號為00時為部裝裝配號，部裝號01為夾具底座部裝。部裝（單元）內禁止出現對稱命名。
企標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/夾緊機構兩大部分組成。底座主要起到支撐、定位各機構、安裝控制裝置、增加夾具高度等作用。定位/夾緊機構主要起到定位鈑金件與固定鈑金件的作用。
2.2.1 焊接夾具底座結構解析
典型焊接夾具底座由底板（板面+骨架），控制開關機構，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、控制開關、氣動元件連接板的作用；控制開關機構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 焊接夾具底座結構
2.2.2 焊接夾具定位/夾緊機構解析
典型焊接夾具定位/夾緊機構由定位銷、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。定位銷主要起到產品定位的作用，支撐塊、壓緊塊主要起到固定產品的作用，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品，需要在X、Y方向可調，支撐塊、壓緊塊用于固定產品，一般需要在X或Y方向上可調，通過連接塊的形式可調整方向，通過調整連接塊之間的墊片厚度可調整位置。典型焊接夾具定位/夾緊機構如圖3。
圖3 典型焊接夾具定位/夾緊機構
2.3 焊接夾具虛擬設計解析
2.3.1 焊接夾具虛擬設計方法解析
焊接夾具的虛擬設計需要對虛擬設計概念中的“自頂向下設計”（Top-Down）與“自底向上設計”（Bottom-Up）進行混合使用。
典型焊接夾具的繪制流程如下：
1）在CATIA的裝配設計中插入產品鈑金件，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，定義產品鈑金件到底板的高度；②繪制定位/夾緊機構，定義產品鈑金件的定位、夾緊位置（夾緊點的確定應參照客戶提供的技術文件，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。
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，以產生我們希望達到的效果，使模型可以根據需求快速方便的修改。在建模過程中離不開設計原理、制造工藝等相關知識的運用，只有設計意圖明確，設計基準、工藝基準和測量基準統一，設計出的模型才是優秀的模型，這樣的設計過程才是科學的建模過程。企業要想在項目實施過程中盡可能的避免反復冗余的工作，就要在項目設計規劃之初，使用科學的建模過程進行數模的繪制。下面是幾種焊接夾具中主要零件的繪制方法。
1）定位銷類（回轉類）
定位銷類零件一般使用“回轉體”命令繪制，銷上如需添加螺紋則使用“內螺紋/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數模變更時便能急速的響應，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前3D數模是否為須制圖的數模，是否為最終版數模，確認無誤后方開始制圖，這樣可避免繪圖的重復性，之后選擇投影角法后開始投圖、標注、填寫技術要求，最后經檢查無誤打印成圖紙交付加工。典型的“塊”類結構工程圖如圖7所示。
圖7 典型的“塊”類結構工程圖
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要求和管理制度不同，導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。在細節上，繪制2D工程圖的過程中要注意尺寸公差的標注與技術要求的填寫。
4 結語
伴隨社會的不斷進步，市場需求處于不斷的轉型階段中，從原先具有大眾性、單一性的市場轉變為多元化的市場，賣方市場逐漸朝著買方市場轉變，這樣的轉變導致企業的市場競爭越來越激烈，對于大多數企業來說，將面臨較大的壓力和挑戰。因此，企業只有不斷的提高生產效率以及產品質量，生產的產品應當物美價廉，才能在競爭中占據一席之地。
汽車白車身焊接生產線中焊接夾具對生產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計收到了甚高的成效，在3D設計環境中，設計的數據準確可靠，出錯率低，對于夾具的分析和審查工作相當直觀，在2D的制圖環境中尺寸標注方便，并且2D與3D相關聯，3D數模變更時2D工程圖可迅速變更，縮短了焊接夾具從設計到生產的周期，并降低了成本。
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本文標題：汽車白車身焊接夾具虛擬設計
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