CATIA V5在汽车白车身焊装与检验夹具设计中的应用

作者：一汽集团 曲智

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 随着目前全球汽车行业的迅猛发展，新车型的车身外观不断花样翻新，汽车车身表面曲面愈加复杂，汽车车身的设计制造周期日趋缩短，所有的汽车制造商都在采用三维数据进行汽车的设计开发，车身零件的形状、尺寸和装配关系都采用三维数学模型来表达。传统的二维设计和制造模式已经无法满足汽车车身发展的要求，基于三维设计平台的CAD/CAM 技术在焊装与检验夹具的应用也就成为汽车工业发展的必然结果。 我公司2004 年开始使用CATIA V5 进行检验夹具的设计，2005 年开始使用CATIA V5 进行焊装夹具的设计。经过不断地摸索与实践，已经形成一整套基于CATIA V5 的焊装与检验夹具三维实体设计流程，同时也积累了丰富的经验。 1. 焊装方案图的设计 方案图是焊装夹具设计的依据和基础，需要将所有的夹紧截面、定位基准等清楚、准确的表达。 以往的二维焊装方案图有不能准确表达空间几何和零件间装配关系等固有缺点，设计所需信息不全，不能很有效的指导焊装夹具的设计，容易造成后期设计大量修改。 现在，我们利用CATIA V5 进行方案图的三维设计（如下图），可以准确的表达各类几何关系、装配关系、设计信息（包括坐标轴系，焊点、夹紧截面位置和夹紧方式、产品定位基准和方式、夹具零件的定位元素等），能够有效地指导后期设计，大大减少了方案图和夹具图的错误和修改。 对于主机厂提供的方案图，我们也要将其三维化，目的是一方面初步检查焊装方案的可行性，同时将后期结构设计所需要的设计信息补充完整，以方便后期结构设计加以利用。 2. 焊装与检验夹具设计 A、PowerCopy 和User Feature（UDF）的应用 我们利用CATIA 的PowerCopy 和UDF 功能，实现了一些标准样式结构的自动化生成。例如检验夹具设计过程中，有很多位置使用相同的检测方式，这些地方需要设计员做大量的曲面造型工作，而造型过程往往所用的命令、功能乃至步骤都完全一样，只不过是初始输入条件不同，使得造型过程费时费力。 现在我们利用PowerCopy 和UDF 生成这部分标准结构。在实际设计过程中，设计者只要处理好Point、Curve、Surface 等输入条件，然后选取输入条件、确定控制参数就可以快速的得到结果，再在此基础上进行后续的结构设计。操作简单，省时省力在制作PowerCopy 和UDF 的建模过程中，要注意Positioned Sketch（定位草图）和Line、Plane 的方向性，因为PowerCopy 和UDF 的通用性特点决定了它们对几何元素的方向性有着非常严格的要求。如果方向性控制得不好，制成的PowerCopy 和UDF 应用后得到的就可能不是我们希望得到的结果，甚至无法执行运算。 B、基于知识工程的标准件应用 我们针对汽车焊装夹具零件多的特点，建立了符合焊装夹具设计特点的标准件库。 1）构建基于知识工程的标准件。 在构建标准件几何的时候，大规模应用CATIA 知识工程建模技术。例如：Positioned Sketch（定位草图）、Parametric Curve（参数曲线）、Design Table（设计表）、Equivalent Dimensions（同等维）、Rule（规则）、Check（检查）、Reactions 等，使结构相似的不同种类的标准件统一表达为一个CATPart 文件，实现标准件从一种变化为十种甚至几十种，使设计者在调用标准件的时候，可以随时变更标准件的规格。 在有结构尺寸的标准件中适当融入工程设计规范，在出现不符合设计规范或超出适用标准的情况的时候，及时提醒设计员注意改正，保证标准件几何表达的正确。 2）采用Catalog 进行标准件和标准结构的管理。 在焊装与检验夹具的实际设计工作中，会应用到不同标准体系的标注零件，这就需要使用CATIA 的Catalog 进行管理。Catalog 让设计员能够方便快捷的查找和调用所需要的标准零件和标准结构。 在应用Catalog 进行标准件管理的时候，我们在文件系统下，针对不同标准体系分别建立文件夹，并在各个文件夹中分别创建Catalog，负责管理相应标准体系的标准件。在各Catalog 中按照零件的使用功能分为若干的Chapter，每个Chapter 下逐步细化分组。然后在标准件总文件夹下创建一个Catalog 文件，应用“Add Link to Another Catalog”命令，创建链接分别指向不同标准体系的Catalog。 在实践中，我们发现这种标准件管理方式使得庞大的标准件系统变得异常清晰和有条理，是最有效率和最方便的管理方式。 3）采用User Component 调用标准件。 User Component 是CATIA－Mold Tooling Design 模块中功能非常强大的命令之一，能够在插入标准件的同时与其它的Part 进行自动布尔运算（Add、Remove或Assemble）。我们利用User Component 这种特点，在标准件中加入名称为“Pad”、“Pocket”或“DrillHole”的Body，达成在插入标准件的同时自动生成零件所需的安装台、安装窝座和安装用螺钉孔及柱销孔的目的。并通过CATIA 提供的管理工具（见图）对这些布尔运算进行管理。 值得称道的是，CATIA V5R16 对User Component 增加了新功能，使得我们可以更加方便地使用User Component。下面左图所示这些命令可以让我们十分方便的管理（修改、删除、复制、替换等）我们所调用的Component。下面右图所示可以让我们在CATIA 加工模块中提取自动布尔运算生成的螺钉孔及柱销孔的加工信息，从而生成这些孔的NC 加工程序。 C、明细表和提料表 焊装与检验夹具由大量的非标零件和标准件构成，人工生成明细表和材料清单工作量较大，同时错误率比较高，严重影响生产效率。 通过对CATIA 的BOM 表生成功能的研究，我们将目光聚焦在零件的属性上，并通过客户化编程基本达成了明细表和材料清单的自动生成的目的。 我们对标准件的属性进行了基于知识工程的参数化编程，将零件的信息全部写进零件的属性和附加属性，包括件号、名称、数量、材料、规格、标准、来源、附件（螺钉、柱销、螺塞、垫片等）、提料信息等。这样在设计员调用标准零件的时候，标准件的属性与明细表和材料清单信息就会自动对应生成。而对于非标零件，我们则要求设计员手工填写零件的属性和附加属性。 然后提取这些信息，生成明细表与提料表。与以往完全由设计员手工填写明细表的方式，大大提高了效率和准确率。 D、运动仿真及干涉检查 在以往的二维图设计过程中，产品与夹具零件之间、夹具零件之间、夹具与焊钳之间、夹具部件内部的及部件之间的运动关系、操作空间等难予判定，经常出现夹具在制造完成之后发现干涉或者操作空间不够而造成修改甚至造成报废的情况。 针对这种状况，我们应用CATIA 提供的空间分析模块－Space Analysis对各个Part 之间进行干涉检查和空间关系的判定；利用运动分析模块—DMU Kinematics 对焊接夹具的运动部件进行运动关系仿真；对于某些不能直接利用KIN 模块进行运动关系仿真的部件，我们利用CATIA 的运动副的Mechanism Dressup 功能，达到模拟运动关系的目的。 DMU 模块的应用，使得零件关系的空间关系的判定变得简单容易，从根本上避免了干涉问题的出现，大幅提高了设计质量和效率。 E、工程图 针对焊装和检验夹具的设计特点，我们将工程图的生成标准进行了客户化，定制了我公司的内部标准，对标注、文字等进行了统一的规范，并将各种特殊符号制成标准Detail。特别是将各种幅面的图框标题栏中的各项内容与参数相连，在实际应用的时候，只需将所有参数修改一遍，即可保证所有图纸的标题栏的统一、正确。 另外，焊装和检验夹具的二维工程图要求将坐标线投影出来，CATIA以往的版本并没有提供此种功能。CATIA V5R16 提供了此种功能—基于3D Support 的Generative View Style。 进行这种投影前，需要做一些准备工作： ① 首先需要制作一个名称为WorkOnSupport3DCustumizedStyle 的xml 文件放置 在intel_a\resources\standard\generativeparameters 目录下， 对此功能提供支持； ② 将 Options\Drafting\Administration 页面下“Prevent generative view style usage”选项（如图）取消，激活这项功能。 下图所示为投影后得到的结果。进行投影时， 先打开需要投影的CATPart ， 进入Generative Shape Design 模块，创建一个3D Support，定义3D Support 的网络间隔和坐标轴名称并将其设定为当前工作支撑。 进入Drafting 模块，新建一个drawing，点击Front View 后，在出现的“Generative view style”工具条的下拉列表中选择“WorkOnSupport3DCustumizedStyle” （见图），然后按正常投影步骤，即可得到上面的结果。 但十分可惜的是，这种功能目前还只能对Part 进行工程图投影，还无法在Product 级别下应用，期待Dassault Systemes 能够尽快升级。 3. 加工制造 设计阶段的三维实体化，使加工基础数据由二维图纸转化为三维数模。而CATIA 作为CAD/CAM 一体化的三维设计软件，提供了多个加工模块，覆盖了从2.5D 加工到五轴加工再到加工仿真的NC 加工全过程，使得设计数据可以不通过数据格式转换直接进入到NC 程序编制阶段，并能够直接提取一部分加工信息。 目前我们正在进行CATIA 加工部分的客户化应用开发，我们相信通过PKT 和编制宏程序可以达到部分NC 加工程序的自动生成。 结束语 目前，我们正在逐步完善基于CATIA V5 的汽车白车身焊装与检验夹具设计平台，进一步应用知识工程模块将更多的知识融入到设计平台中，进一步提高设计效率和设计质量，结合ENOVIA SmarTeam 的产品数据管理系统，让3D 数学模型贯穿整个设计—制造流程，最终实现数字化、无纸化设计制造。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/5/2006)