1 前言
在运用CATIA设计汽车焊接工装的过程中，经常用到钣金定位销、角座、扶手、操作台、U型块、直线导轨等零件。这类零件的建模方法并不复杂但是由于此类零件的数量在所用零件中所占比例较多，这类零件的建模，在设计过程中占很大比例，因此考虑利用CATI A软件的“库编辑器”功能，实现此类零件的标准化处理，从而有效的提高工装设计的效率。
2 常用零件建模过程分析
2.1 汽车工装设计常用零件概述
汽车焊接工装设计中的常用零件包括L型角座、U型块、定位销等。
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个参数确定：角座的高度H、销弄高度S4。在CATI A中其建模过程为：首先选取零件设计“Part Design”模块：
1.在选取的平面上确定底座的长L和宽B，然后用Pad（拉伸）功能确定底座的厚度B2；
2.选取底座侧面确定支架高H和厚B1，然后用Pad（拉伸）功能确定支架的宽B；
3.在选取底座平面上确定销孔及螺栓通过孔位置S5、S6、S7、S8，然后用（凹槽）功能开孔；
4.在选取底座平面上确定销孔及螺栓通过孔位置S1、S2、S3、S4，然后用（凹槽）功能开孔；
5.使用（加强筋）功能创建加强筋厚度B3，完成的角座建模如图1。
图1 L型角座模型
2.1.2 角座的设计要求规范：
2.1.3 常用L型角座尺寸要求如表所示。
3 定位销标准化
3.1 CATIA参数化过程概述
3.2 建立零件的模型
定位销可以采用以下方法进行建模。
1.进入CATIA的零件设计“Part Design”模块，新建零件Part，命名为“Pin”；
2.选中XY平面，并单击“草绘编辑器”图标-绘制草图，用轮廓工具。绘制草图，绘制草图为保证造型的稳定性添加约束，完成产品结构设计的草图，绘制完成的草图如图2所示；
图2 创建草绘、约束
3.退出草图模式，单击“旋转”工具，单击“确认”按钮；
4.单击“倒圆角”工具，定义“半径”为1mm，选择要圆角化的对象，单击“确定”按钮；
5.单击“内螺纹/外螺纹”工具，选择“圆柱面”、“起始面”定义螺栓型号，单击“确认”按钮；
6.渲染定位销材质20Cr。
图3 定位销模型
3.3 零件的参数化
参数化零件设计：将一个零件造型其中的一个或一部分参数，例如长度、高度、宽度等颜色及材质相对较复杂的参数，比较特殊的参数，下面论述通过长度参数及之间的关系来完成定位销零件系列化的设计。通过参数化的设计可以快速的将一个工厂常用的产品零件系列凝结到造型库里，再设计时当做标准件一样使用。
3.3.1 创建公式、赋值
在CATIA中打开建立的“Pin.CATPart”文件，单击“智能”工具栏里“公式”按钮，选择新建类型参数“长度”（注：“长度”单位为mm与本次建模单位一致），新建参数A、B、d、R、C，并赋值。如图4。
图4 创建公式、赋值
3.3.2 关联参数
参数必须附着在基本的零件结构上，以下论述五个独立的参数与一个零件关联的步骤：
1.进入“草图.1”，“编辑公式”打开公式编辑器，将几何尺寸与A、B、d、R关联起来。如图5。
图5 关联参数
2.双击特征树编辑特征“倒角”，关联“长度1”。
3.此建模中草绘几何尺寸中d、R两参数均为实际数值的一半，在关联中除以2确保一致性。得到关系如图6。
图6 关系
3.3.3 创建对应的Ex cel标准化数据文件
新建Excel文件（注：CATIA不支持office2003以上版本），在Excel表格的第一行依次输入：
“Part Number”、“A长度(mm)”、“B长度(mm)”、“d长度(mm)”、“R长度(mm)”、“C长度(mm)”，其中“Part Number”列为零件编号（P、N须大写），“A长度(mm)”为定位销有效定位长度，“B长度(mm)”为导向长度，“d长度(mm)”为定位销直径，“R长度(mm)”为销尖倒圆角，“C长度(mm)”为螺纹倒角，定义单位为mm。例如输入“CACP-Y1-5.8×15”表示定位直径为5.8mm，有效定位长度为15 mm的圆型定位销，依据企业标准在“A长度(mm)”、“B长度(mm)”、“d长度(mm)”、“R长度(mm)”、“C长度(mm)”列输入对应数值，如图所示，将文件保存为“Pin.xls”。
3.3.4 创建设计表
在“Pin.CATPart”零件视图中，单击“知识工程”工具栏里的“设计表”按钮，选择“从预先存在的文件中创建设计表”选项，然后单击“确定”，选择保存的“Pin.xls”文件，打开后弹出询问对话框“是否自动将设计表的列于同名模型的参数关联吗”，选择“否”。在弹出的对话框中单击“关联”选项卡，过滤器类型选择“用户参数”并将“A长度(mm)”、“B长度(mm)”、“d长度(mm)”、“R长度(mm)”、“C长度(mm)”，分别与零件的对应参数关联，如图7所示，然后单击“确定”，保存文件，关闭“Pin.CATPart”文件。
图7 编辑公式
3.4 创建标准零件库
在CATIA菜单中依次选择“开始”、“基础结构”、“库编辑器”，双击左侧目录树上的“章节”，单击“添加零部件系列”工具按钮。在弹出的零件系列定义对话框中，输入零件名称Pin，类型选择“标准”，单击“引用”选项卡上的“选择文档”按钮，浏览“Pin.CATPart”文件，如图8所示，单击“确定”，CATIA自动生成了包含Excle数据的定位销。单击预览查看生成的一系列标准化的零件，如图9所示。单击“文件”-“保存”菜单，将文件保存为“Pin.catalog”。
图8 零件系列定义
图9 一系列标准化零件
4 设计过程中使用标准化的零件
4.1 汽车焊接工装3D结构图设计
前提输入：工装设计员接到甲方提供的会签版夹具仕样书，参照车型工序图卡、冲压件RPS图、车型焊装夹具技术要求，在进行3D结构图的设计之前，必须具备一定的3D设计图库，方便设计时调用，即可使设计标准化，又可节省设计时间。
图10 标准件图库模型
以下论述3D设计步骤：
1)根据工序图卡，将要设计的工位产品数模调入到3D夹具仕样中：
2)插入相应标准化零件
在CATIA“装配件设计”模块中，单击“库编辑器”按钮，点击“浏览”按钮选择前面生成的“Pin.CATPart”文件就可以浏览到一组标准化的“定位销”零件，选择相应的零件，并拖到“目录树”中相应的装配层级下就完成了插入标准化零件的操作。
3)约束标准化零件
1.在CATIA“装配件设计”模块中，在“目录树”选中插入标准化零件，单击“智能移动”按钮在智能移动窗口中选择定位销轴线，在“装配件设计”窗口中选择孔位轴线，通过箭头调整方向，单击“确定”。如图11所示。
图11 智能移动
2.单击“操作”按钮轴向调整定位销位置，单击“确认”。定位销应穿出定位钣件5～7mm，直径为钣件孔的直径φ0.2mm。如图12所示。
图12 操作调整位置
4)按夹具仕样上规划的夹具定位位置和方式进行详细夹具定位部分的设计，同时建立每一定位单元的零件设计目录树：
图13 夹具3D仕样书
图14 创建每一定位单元的零件
5)如步骤三调入标准件及外购件，一个定位单元基本完成：
图15 夹具3D仕样书
图16 压头离钣件的距离要大于30mm
6)模拟压头打开角度，判断是否方便钣件竖直取出，一般打开后俯视位置压头离钣件的距离要大于30mm以上。
7)按照以上步骤将其它定位单元设计完成：
图17 工装结构设计完成
8)焊钳的3D模拟：
每一个焊点都要进行焊钳操作的模拟，要充分考虑焊钳的动态作业状态，不可产生与夹具任何机构的干涉（安全距离不小于10mm），且作业人员要能较方便的操作，符合人机工程的要求。注：模拟过程中如有发现干涉，要对夹具机构进行更改，对定位面的更改须与工艺人员确认。
图18 模拟操作
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