近年来，中国汽车行业在设计制造与市场方面都有较大的发展与突破，但在焊装领域，多数整车企业仍然依赖于集成商规划和设计产品生产线。在生产线设计过程中，非标设备主要体现在焊接夹具的设计上，占到了整条产品线非标设备的40%左右。夹具设计基础依赖于整车厂提供的白车身数模，然而整车厂提供的数模格式不一，如CATIA格式、PR-E格式以及UG格式等，这也使得供应商的设计工具种类繁多，设计流程没有标准规范。对于整车厂而言，新建一条白车身总成生产线，需要由多个供应商共同完成。这就需要一个标准的、统一的设计流程及方法来约束不同供应商，这种约束便于整车厂集中管理，也对日后的产能提升改造、车型换代改造以及车型共线改造等项目有所益处。

夹具设计前期准备

CATIA软件作为夹具设计工具之一，可以完成焊装夹具的概念设计、3D设计、详细设计、夹具动作模拟、焊钳模拟、人机工程模拟以及工程制图等工作，已经得到了广泛的应用。以CATIA软件为设计工具，工艺方案规划完毕为前提，设计者在设计手工/自动工位夹具时，需要以下辅助资料来支撑3D设计：

1）车型数模（car model）——可以使用CATIA软件打开。

2）工位分配的焊点（spots）——与车型数模坐标一致。

3）工位定位基准（location map）——与车型数模坐标一致的定位夹紧点。

4）焊枪库（weld gun）——用于模拟焊点可达性。

5）标准件库（common）——借用标准零件，免于重复设计。

6）工位工艺书（process book）——用于了解工位上件、定位夹紧点、焊接形式、工位节拍等工艺信息。

以上资料作为夹具设计的支撑文件，需要仔细研究分析，理顺设计思路，为构建3D概念设计做好基础。

设计文件及数据管理
 

一台夹具总成由多种零部件构成，以一台前门内板分拼010工位夹具为例，就由约20个定位夹紧单元构成（以下简称部件），每个部件又由多个零件组成。因此一台夹具的设计零件非常多，如果不对其分门别类管理，很容易造成设计混淆，难以区分及查找。针对以上问题，我公司技术人员建立了以工位为总体，各类型设计文件为分支的《文件夹》数据管理结构。据此结构，前门内板分拼010工位的文件夹层级如图1所示。

图1所示的文件夹层级目录可以根据车型设计需求及整车厂设计要求增加文件夹种类或修改文件夹名称。建好文件夹层级后，打开CATIA软件，使用机械设计装配设计模块，根据图1中的层级结构，建立对应的CATIA目录树，并将建好的Product文件存储到相应文件夹中，目录树如图2所示。

目录树建立后，使用产品结构工具中的现有部件命令，将准备好的资料插入到目录树中。经过以上步骤，已经整理出了一个十分清晰的设计思路，为下一步零件设计打好了基础。

零件设计方法

一个部件是由非标设计零件、标准零件及外购件装配而成的。以焊接夹具为例，其整体结构如图3所示。

其中，标准零件是经过长期设计经验积累而形成的标准单元块，如限位块、气缸连接板以及支座等均为标准零件。在设计中，直接使用插入现有部件命令即可插入到设计图中，再经过移动、捕捉及约束等命令即可装配到部件所需位置。设计部门一般会建立一个标准件库，供设计者选择使用。

外购件是部件装配中需要采购的部分，如气缸，其余外购件还包括气缸行程开关、气动三联件及按钮站等设备。外购件同样可插入到设计图中。

非标零件是构成部件的主要部分，其设计样式、设计结构均由设计者主导，自由度很高。主要的设计原则就是具备定位功能、避开工位焊点，其次是简便、轻量化、可操作性、可维修性以及美观实用等原则。

具体设计步骤，首先是3D概念设计（图4），根据整车厂制定的定位夹紧点，先完成型块与定位销的初步设计。这样可以梳理车型定位基准，也可作为第一轮设计评审样图，交流设计意见，以便更好地完善夹具设计。

1.型块设计

型块分为上型块和下型块，在部件中用于支撑和夹紧工件，应根据白车身冲压件上指定的定位夹紧点开始设计。首先，在车身坐标系下，在上述目录树FD RH 010-JIG-UNIT 001下新建一个Part文件，并双击激活。根据实际情况选择是否使用参考元素工具条中的点、线、面命令来新建一个草图工作面。进入草图编辑后，将型块的轮廓画出并标注尺寸，退出草图绘制工作台，使用拉伸命令生成所需的型块（图5）。其中，型块与工件接触的部分，要使用切割命令，将型面切割成与工件一致的仿形面，利用数控加工可制造出该型块。

2.定位销设计

新建Part方法与上述一致，在工件定位孔处，利用参考元素工具条中的点、线、面命令来新建一条中心线，进入草图编辑后，以此中心线为轴，草绘出定位销轮廓并标注尺寸，退出草图工作台后使用旋转体命令生成定位销。

部件装配设计

经过以上步骤，已经初步完成了零件设计工作。接下来需要将标准件、外购件装配到部件中。通过上述现有部件命令及移动操作命令，将标准件、外购件插入到部件中，约束装配关系，这样就形成了总装配图。当所有部件装配完成之后，这台夹具的大致轮廓已经确定。对于手工夹具而言，需要根据人机工程来确定夹具的离地高度。通常最适宜的操作高度为750～850 mm，进而根据标准支座的高度推算出夹具BSAE面的高度。再根据操作高度推算出部件所采用的标准支座高度，如图6所示。

经过以上步骤，夹具装配完毕，接下来需要验证夹具可操作性。根据本工位的焊接要求，在焊钳库中选择一把或两把焊钳。将焊钳数模插入到目录树WELD GUN中，通过移动、约束命令来验证焊钳的可达性以及是否与夹具零部件干涉。如果某些零部件存在干涉情况，则需要对零部件进行修改或者更换其他焊钳，通过反复验证，使夹具满足不同工艺的焊接需求。

工程制图

夹具经过细化后，需要拆解成加工图制造并装配成实体。在CATIA中新建Drawing工程图，在图纸样式中选择图纸大小，如A1、A2、A3以及A4等。使用创建视图导向命令，将每个设计零件投影成三视图，在工程图中标注尺寸、公差以及粗糙度，并附上零件图号、技术要求以及加工材质等信息。主管人员审核通过后，即可下发到工厂制造、装配。部件、零件工程图如图7所示。

使用CATIA设计并拆解夹具，其3D图与2D图是有链接关系的。当3D图出现设计变更时，只要对应更新一下2D图，再重新标注所需尺寸即可，无须再重新创建2D图。在夹具实体装配过程中，会发现许多设计问题，根据实际情况修改3D图后，要及时更新2D图，保证3D与2D图的一致性。

结语

随着汽车产业的快速发展,车身装焊夹具设计也形成了一套比较成熟的方法。总体来说，使用CATIA软件设计汽车焊装夹具，其设计数据准确、直观，实用性较强。但夹具的设计仍需要向开放化、集成化、智能化、协同化和标准化方向发展。打破传统的固有模式，引进并吸收先进的技术,不断完善和提高夹具的设计水平与夹具的制造精度是当前设计厂商在激烈的竞争市场中生存的必要条件。