摘要：汽車在焊接過程中，所需要的非標設備主要是焊裝夾具。通過8年來焊裝夾具的設計、製造，我認識到：焊接夾具的設計數據是否準確、可靠，是整個設計、製造的關鍵；三維設計是提高設計質量和控制設計周期的最好方法。
關鍵詞：焊裝夾具 概念設計 詳細設計 工程圖 部件圖
前言
CAD(CAD即計算機輔助設計)/CAM(CAM即計算機輔助製造)市場一個重要的變化就是微機平台的三維造型軟體開始嶄露頭角。從企業應用情況來看，二維CAD佔據較大的份額，軟體應用大多停留在低層次的繪圖而不是設計工作上。隨著應用水平的提高，基於三維CAD)進行設計的優勢已顯現出來。目前三維造型軟體仍以國外廠家為主。國產CAD/CAM軟體與國外競爭最大優勢就是服務，這種服務既有售前普及化服務和售後的本地化服務，又有由此延伸出來的一系列增值服務。應用推廣，三維造型軟體這樣複雜產品特別需要優質的服務。目前來看，國內的CAD/CAM軟體市場經過商家激烈競爭的洗禮，已經變得更加理性和成熟。廣大用戶已經能夠根據自己的需要和軟體的功能、價格、服務、升級、兼容性，以及軟體公司的發展前景作出正確的選擇。
在汽車行業，以往業主提供的供設計使用的數模是五花八門，有：CATIA格式、PR-E格式、UG格式等等。使得我們的設計工具也是五花八門。對此我們也深深感受到自己設計上需要一種能解決這種問題的辦法。經過我們多年的設計體會及設計人員的深入交流、分析、比較和總結，我們認為如何靈活、科學運用軟體來適合、指導我們的設計工作是我們所重點關注的問題。它既能立足於我們現在的設計現狀，並且又能和多個三維軟體進行數據的共享、運用。
在初步了解了一些三維軟體在其他專業廠家的一些使用效果后，我們覺得將它作為我們發展的一個重點是可行的。
由於在車身焊裝夾具中，各公司的做法不一，也沒有現成的經驗可以學習，我們在焊裝夾具設計中作了幾點探索。
一．數據管理（文件夾的管理）
我們在2005年下半年的《某公司焊裝車間項目》中使用CATIA軟體完成焊裝夾具的三維設計（概念設計）、詳細設計、工程圖生成（二維設計）、焊鉗模擬、運動分析等；所有的設計工作都是在CATIA平台上完成。
項目開始前期，我們認真分析了CATIA軟體平台的一些功能和數據管理方法，初步建立了以《文件夾》管理數據的方法，大致的結構如下：首先針對項目；如：《項目》文件夾，裡面有很多的管理項目，如《合同》文件夾，《技術協議》文件夾，《外購件》文件夾、《夾具》文件夾等等；其他的文件夾管理大家都用的很多了，估計都很清楚，不再一一細說。
下面，那麼我重點說說《夾具》文件夾中的文件管理，在該文件中，首先要有一個《數據管理》文件夾，它裡面保存我們說要設計的夾具的基本的主要信息，夾具清單及要求；因為我們基本上是個人單機設計方式，其他的文件夾也就是各個夾具名稱的文件夾，如 （CH750）文件夾……，每一個這樣的文件夾中如果是協同設計，也就是聯網設計，文件夾（CH750）為總的數據文件夾。該文件夾包含文件夾（Model），文件夾（CH750jig），文件夾（Worker），文件夾（Weld gun），文件夾（Common）等等與夾具組成有關的數據。
在下一級夾具文件夾中如：文件夾（CH750jig）中有夾具中的組成部分文件夾（CH750.01）、（CH750.02）、（CH750.03）……，還有（CH750.base）……。當然了，這樣在夾具（CH750jig）的文件夾中，數據以及各部分的所屬關係是十分明確的。如下圖一（文件存儲）：
圖一 （文件存儲）
在夾具圖形中也是如此，見圖二（設計圖形中管理）：
圖二 （設計圖形中管理）
這些是設計思路的整理，先整理出一個十分清晰的設計思路，各個部分是什麼作用，對於設計人員以及審查圖形的人來說都是十分清楚的。
在設計中，標準件和外購件的積累是相當重要的，我們在初期積累了一些標準件，如氣缸、手動加緊器、L型連接塊、銅套、滑軌、軸承等等，見下圖三（標準件庫管理）：
圖三 （標準件庫管理）
那麼這些積累對於提高設計速度是非常好的，整理的標準件、標準機構、常用機構、特殊機構及外購件等等，這些資料越多，給設計帶來的思路和方法就越寬廣。通過這段時間的設計接觸，我感覺到這種資料是必須在設計早期要做庫文件來長期積累的。
此外，就是設計過程中對於軟體掌握的情況了。對於軟體掌握的熟練，也可以大大加快設計的速度和質量。當然了，還要對焊裝夾具本身的功能比較清楚。下面是我們初期所做的一些設計如下圖四（總裝圖的設計）：
圖四 （總裝圖的設計）
二．部件（裝配組件）設計
在實體設計的過程中，我們根據我們設計的需要，確定對衝壓件進行定位和夾緊的位置，也就是通過前期對汽車焊接衝壓件在進行焊接的時候，在哪些位置進行定位，那些位置進行夾緊，可以實現定位的準確和夾緊的可靠，對採用焊機進行焊接非常合理的位置來進行定位和夾緊。當然了，這部分方案設計可以在二維中進行設計或三維中進行設計，不再細談，就以二維圖為例來談，如下圖五（設計方案）：
圖五 （設計方案）
拿到方案圖以後。開始進行各個分部件設計，部件是由各個零件組成的，從圖二的目錄中可以看出。比較好的方法是自頂向下進行設計，針對衝壓件的要求，按照圖五的方案，對每一個部件進行設計。如圖六（部件圖）：
圖六 （部件圖）
圖六中為一個部件的圖形，是按照方案，自頂向下進行設計的結果。當然了，按照方案，依據數模，進行設計；從圖中也可以看出，裝配件是由各個不同的零件組成，主要是完成各個零件的設計，這些零件再按照不同的關係，裝配在一起。它們裝配的時候依據的關係也稱為約束。按照約束關係將它們裝配起來。如圖七（裝配關係圖）
圖七 （裝配關係圖）
對於部件，當完成了關鍵的零件（定位銷、定位型面）設計，接下來就應該是設計的裝配情況了，這些要看設計者積累的數據。積累的數據越多，在有些特殊的情況下可以通過比較，選擇最優化的方式來實現設計部件的合理性。
三．零件設計
當然了，從部件的設計中可以看到，部件是由零件組成的，零件設計是主要部分，按照圖五方案進行設計，方案中的定位、夾緊點。關鍵的，與衝壓件有直接關係定位、夾緊點，要在車身的坐標下來完成。下面就一個型塊舉例來說明，如下圖八（實體及草圖）
圖八 （實體及草圖）
數模實體前要先創建草圖，在草圖繪製器裡面完成零件實體的外形設計，見圖八；外形設計完成後，返回到實體設計界面，拉伸生成該零件，接下來就是打孔和型面處理。如上圖八中的打孔，當零件實體完成後，再利用POCKET DEFINISION命令來完成開孔的工作。如下圖九（實體及延伸到面），對衝壓件支撐的型面接觸部分，通過PAD DEFINISION命令來完成,也就是延伸命令，延伸到衝壓件表面。
圖九 （實體及延伸到面）
其它零件的設計，和上述講的零件設計過程雷同，先完成草圖，再返回到實體設計界面，將草圖元素拉伸成實體。對於零件的設計，主要就是關鍵零件設計，連接零件設計，機構零件設計等等，這裡不再一一細說了。
這些關鍵零件一定要嚴格按照車型數模的原始位置進行設計，設計完成後，特別是這些對設計數據要求特別準確的零件。最好不要按照一個簡單的零件設計完成後，再裝配，這樣會給檢測帶來不便。
四．總裝配組件設計
完成了各個部件（裝配組件）設計，通過裝配現有組件的命令（見圖十（裝配現有組件））將各個部件裝配起來，就生成了圖四的總裝配圖。
圖十 （裝配現有組件）
總裝配圖的前提是各個部件的設計都完成了，檢查沒有問題了，通過裝配現有組件將其裝配起來。在這裡，保證每一個部件裡面的坐標系（關鍵定位形塊和定位銷坐標都是車身坐標）都是車身坐標，那麼只需要將各個部件裝配起來，每一個部件的位置都是車身坐標的位置，生成的圖形不需要約束，位置都是準確的。當然了，如果設計中不是按照這種設計進行的，也可以通過給每一個部件輸入位置參數，使其位於其所在的位置。這樣總裝配圖的設計就完成了。下面是對總裝配圖的完善。
總裝圖設計完成後，夾具的概念圖（施工圖）形完成到了一個階段，再將焊鉗引入到設計圖形中，看看焊接性是不是很好，可能有些設計零部件可能不能很好的滿足焊接性，分析不能滿足焊接的原因。
1）可能是焊鉗選擇的不合適，這時候要調整焊鉗的型號，選擇出合適的焊鉗，進行再模擬。焊鉗的選擇是合適的，這時候要看使用焊鉗焊接的方法是不是合適，不合適的要採用正確的焊接方法和焊接工藝。
2）也可能是零部件的設計不合理，這時候要改變這種不合理的結構，更改零部件圖形，達到滿足焊接性的要求。
3）還有，就是數模在設計的時候，對於衝壓件的焊接性缺少考慮，這時候要和數模創建人員交流，更改數模，達到滿足焊接性的要求。
總之，設計的夾具要能很好的滿足不同工藝的焊接性。
除了焊鉗的因素外，還有操作性、人機性能，就是操作者是不是能夠很方便的操作，維護等等。各部件的運動是不是干涉？各部分的力學性能是不是滿足設計的需要？等等這些問題都要仔細地查找產生的原因，針對問題解決問題。直到使得設計達到完善、準確、合理，這樣總裝配圖的設計就完成完善了。
五．工程圖設計（二維圖設計）
當完成了夾具總裝配圖、部件設計、零件設計、焊鉗模擬、運動模擬等等三維設計和分析，確認各個設計的準確性之後，接下來就是對所設計的三維圖形進行工程圖設計。這裡要設計好工程圖設計的圖簽，如A1、A2、A3、A4等等，這個按照設計的要求，最好將圖簽設計放在工程圖設計（Drawing）的“頁背景”下進行設計。將工程圖的生成放在“工作試圖”下進行設計，這樣在每一個工程圖裡面，圖形、圖簽、標註、說明等等各個部分修改和編輯都非常明朗化、理性化、合理化。
在這些準備完成後，針對我們的具體設計，進行總裝配圖、部件圖、零件圖的工程圖設計，先將圖簽生成在頁背景下，然後通過View Wizard將三維圖生成在工作試圖頁面下。見圖十一（總裝配工程圖），圖十二（部件圖，零件圖工程圖）。
圖十一 （總裝配工程圖）
圖十二 （部件圖，零件圖工程圖）
圖中的標註是根據我們企業對總裝配圖、部件圖、零件圖的尺寸要求，來進行尺寸的標註。完成了以後，對工程圖進行校對、檢查，確認沒有問題了，這些圖形就可以提供給製造了，製造單位根據圖中的尺寸進行加工、裝配等等。
六．結語
總體來說使用該軟體（CATIA）進行汽車焊裝夾具的三維設計，我們收到了一定的成效，在三維設計環境中，設計的數據準確可靠，出錯率低，對於夾具的分析和審查工作相當直觀，對於適應我單位的汽車焊裝夾具三維設計的二次開發來說，收到了我們預期的目的。
近年來，隨著我國正式加入WTO，經濟全球化和信息化使我國製造企業競爭環境、發展模式和活動空間等發生了深刻變化。這些變化對我國製造業提出嚴峻的挑戰。CAD/CAM的技術進步始終與工程實際相結合，它在我國的應用和發展必將對製造業產生深遠的影響，對提高我國製造業核心競爭力起到舉足輕重的作用。CAD技術一直處於不斷發展與探索之中，國外CAD技術以驚入的速度向前發展。CAD技術正朝著開放化、集成化、智能化、協同化和標準化方向發展。我國CAD技術研究和應用的水平與發達國家相比仍有很大差距。我們應該清醒認識到先進的設計方法和設計手段是機械製造企業在激烈的市場競爭中獲得成功的重要保證。
參考文獻：CATIA V5操作指南，中國和平出版社，主編：迅利科技有限公司，書號：ISBN 7-80101-976-8/G.746
