图1  焊装方案图的三维设计

在汽车行业快速发展的大背景下，汽车制造商纷纷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。CATIA V5的应用缩短了产品周期、降低了生产成本。

随着目前全球汽车行业的迅猛发展，新车型的车身不断花样翻新、表面曲面愈加复杂、设计制造周期日趋缩短。在这种情况下，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。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。

焊装方案图设计

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、定位基准等参数清楚、准确地表达。以往的二维焊装方案图存在不能准确表达空间几何和零件间装配关系等固有缺点，使得设计所需信息不全，不能很有效地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（如图1），可以准确表达各类几何关系、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。

图2  基于知识工程的标准件库和标准结构库的管理

焊装与检验夹具设计

1、PowerCopy和User Feature（UDF）的应用

检验夹具设计过程中有很多位置使用相同的检测方式，这样就需要设计人员做大量的曲面造型工作，大量重复性工作使得造型过程费时费力。

在实际设计过程中，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。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得到结果，再在此基础上进行后续的结构设计。在制作PowerCopy和UDF的建模过程中，要特别注意的是Positioned Sketch（定位草图）和Line、Plane的方向性。

2、基于知识工程的标准件应用

我们针对汽车焊装夹具零部件多的特点，建立了符合焊装夹具设计特点的标准件库。

图3  CATIA提供的对零件进行修改的工具

（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）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情况的时候，系统及时提醒设计人员注意改正，保证标准件几何表达的正确性。

（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。首先，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；然后，在各Catalog中按照零件的使用功能分为若干的Chapter，每个Chapter下再逐步细化分组；最后，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。

图4 通过布尔运算自动生成的三维特征信息

（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他的Part进行自动布尔运算。我们利用User Component这一特点，在标准件中加入名称为“Pad”、“Pocket”或“DrillHole”的Body以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提供的管理工具对这些布尔运算进行管理。

除此之外，CATIA V5 R16对User Component还增加了新功能，使得我们可以更加方便地使用User Component。如图３所示，这些命令可以让我们十分方便地管理（修改、删除、复制、替换等）我们所调用的Component。图4所示我们可以在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。

3、明细表和提料表

焊装与检验夹具由大量的非标准零件和标准件构成，人工生成明细表和材料清单工作量较大，同时错误率较高，严重影响生产效率。我们通过对CATIA BOM表的客户化编程基本达到了明细表和材料清单的自动生成（如图5）。

图5  客户定制的BOM表

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。这样在设计人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。而对于非标准零件，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相比，该方式大大提高了效率和准确率。

4、运动仿真及干涉检查

在以往的二维图设计过程中，夹具零件之间、产品与夹具零件之间、夹具与焊钳之间、夹具部件内部及部件之间的运动关系、操作空间等都很难判定，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，大幅提升了设计质量和效率。

5、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（如图6）。对标注、文字等进行了统一规范，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。实际应用时，只需将所有参数修改一遍即可保证所有图纸标题栏的统一与正确。

图6  按标准进行客户定制的二维工程出图

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 V5R16提供了此种功能—基于3D Support的Generative View Style。

结束语

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。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。同时，也在逐步完善基于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，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。