传统的端拾器装配方法是先采购备件，然后由装配工人凭借经验进行装配，精确性和稳定性不够理想，浪费十分严重。本文探讨了一种新的解决方案：先在Catia基础上进行二次开发，实现计算机辅助的设计和装配，然后再采购备件，按照图纸进行装配。这种方法不仅提高了端拾器结构的合理性和稳定性，而且确保了备件采购的精确性，有效缩短了装配周期。

动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本要求，其自动化程度的高低，直接影响着冲压生产效率、生产节拍以及冲压生产的整体自动化水平。

冲压生产线的自动化系统经过几代的发展，目前国内外使用最广泛的还是以配备常规的机械手加穿梭小车或机器人输送系统的串列式冲压线为主。它主要由CNC上料、取料机械手和穿梭小车组成。

每个机械手一般包括机械手臂和端拾器两部分（如图1所示）。其中，端拾器是根据每个零件每道工序的形状特点定制的，通过快速接口与机械手臂相连。端拾器结构设计得是否合理，杆件和吸盘等部件是否选择合理，将直接影响生产线的稳定性和整条线的生产节拍。

目前，绝大部分的整车厂在制作装配端拾器时一般都比较粗框：首先，根据零件的外形参照类似零件的经验估算出各种部件的需求量（各种规格的杆件、转接头、吸盘等）进行采购；然后，由冲压线的装配工人根据经验进行装配，经过预装、粗调和几次连线调试后最终定型。由于缺乏科学计算的依据，装配的随意性很大，往往存在以下不足之处：

□ 由于部件型号、尺寸、数量根据经验估算，数据不够准确，采购时易造成很大的浪费；或者由于估算不足影响装配，进而影响投产进度。

□ 由于装配工作对经验要求很高，即使熟练工人也需要反复尝试调整才能最终完成一整套机械手的装配工作，一般需要3～5个班次才能完成一套的装配。在任务繁重时，有限的熟练工人无法满足生产需求。

□ 由于没有经过科学计算，需要多大的杆件、多少吸盘、多少吸力才能满足要求也是凭经验估测的。一般为了保证生产稳定性，都会大大增加安全系数，势必造成一定的浪费。

鉴于以上问题，如何缩短端拾器（以下简称Tooling）的设计装配时间，控制精确的部件采购数量，保证生产中机械手的强度和稳定性，成为我们急需解决的问题。

虚拟制造带来的启迪

20世纪90年代，虚拟设计、虚拟装配、虚拟制造技术的出现给我们带来了很大的启迪。虚拟制造的概念自提出以来，由于其研究的出发点、侧重点等方面的不同，其内涵目前仍然没有统一的定义。但应能看出，虚拟制造技术是以在计算机上制造数字化产品，并不直接制造真实的产品，真正的产品还需根据确认后的虚拟样机由车间工人制造出来。以此来保证企业能多快好省地把实际产品制造出来，使其具有较强的市场竞争能力。

作为虚拟制造技术基础的计算机辅助设计CAD技术，也随着各种先进制造技术的发展而得到了发展。CAD技术起步于50年代后期，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机上绘图变为可能，并开始迅速地以一个分支独立平稳地发展，从二维CAD系统发展到现在的三维CAD系统。

随着CAD技术研究的深入以及应用的广泛，人们对CAD技术提出越来越高的要求，具体表现在以下几个方面：参数化、三维化、智能化、网络化、集成化和标准化。伴随着各种先进制造技术以及理念的出现，CAD技术已不再以一个独立的分支发展，而是越来越紧密地与其他相关制造系统相结合，成为先进制造系统的一个重要组成部分。

回到实际问题中来，如果借助目前强大的但又比较低廉的计算机硬、软件的功能，基于公司目前广泛使用的Catia-V5的二次开发，尝试进行计算机辅助的Tooling设计装配，甚而进行运动模拟和干涉检查。虚拟制造技术的应用突破了现有的传统做法。　　

总体目标

拟开发的软件系统要完成以下几个功能：

□ 冲压线所有工装设备，包括压机、模具以及端拾器的数据浏览、查询以及用户权限管理；

□ 计算机辅助Tooling设计、设计结果（图纸）以及BOM表提交；

□ 端拾器设计任务分配、设计进程查询；

□ 端拾器运动仿真、压机装配检验等。

通过建立这样一套快速、方便、可靠的虚拟冲压线系统来提高设计和规划质量、减少设计风险、缩短设计和规划周期、降低设计和规划费用，以适应当前产品快速更新换代的需要。

解决方案

针对以上目标，我们将主要功能需求定义为：Tooling设计项目有关的项目管理、Tooling设计、生产仿真、系统维护等。通过对CATIA软件的二次开发和相应系统的建立，实现Tooling的计算机辅助设计与检验。
整个系统的支撑部分来源于可控的CATIA软件资源、压机线设备的CATIA数模、标准件库中的各种标准件数模。控制部分为项目的整体计划，主要实现项目启动环节的知道作用。整个系统的输入部分为用户的界面操作，包括鼠标Click等一系列的界面输入操作，系统将按照界面的操作定义，解析用户的操作意图，实现对应的功能。

整个系统的输出部分为相关的项目报表、Tooling运动曲线、Tooling BOM等3部分内容。其中项目报表主要是指用户定制的项目启动信息表、局部对象信息表等可浏览、打印的各种表格；Tooling运动曲线是指设计人员完成Tooling的运动仿真后，将以相对坐标标记的运动曲线输出到屏幕，并打印出图纸；Tooling BOM是指符合定制要求的Tooling采购清单，并打印相应表格。

在此，本文将主要介绍一下Tooling辅助设计方面的内容。

Tooling辅助设计

Tooling设计功能模块是整个项目的核心部分，其目标是Tooling的计算机辅助设计装配。基于对现有CATIA V5 R14软件的二次开发，通过用户适当的选择，将通过程序实现自动或者半自动的Tooling装配，改变Tooling的手工设计状态，提高设计效率。

通过鼠标、键盘等输入设备，从界面角度对计算机的界面信息进行输入，包括标准件型号、吸盘位置的选择和输入、控制按钮的触发等。该模块的支撑部分为数据库中的标准件库和Tooling库。控制部分为用户方对于Tooling的设计规范，即Tooling设计的设计和检验流程的表示和操作机制。

基于支撑、输入和控制3部分的信息来源，在Tooling设计功能模块内部，将根据用户的界面选择内容和操作指令要求，通过程序解析用户指令，并产生相应的数据库访问操作和CAITA软件操作。其中将涉及到相关数据库的读取、写入操作，实现标准件选择、吸盘位置选择、曲面平整度检验、自动装配、Tooling检验、BOM表输出以及相应的Tooling库的更新操作，以完成用户对Tooling的设计。

Tooling设计模块的输出为根据用户标准件选取和吸盘位置选择，自动装配Tooling，并显示和输出Tooling的BOM表，以及Tooling设计后的数据库更新（这一部分将通过程序在后台实现）。

ooling设计流程如图2所示，主要分为以下几步：

1、 选取吸盘点和安装吸盘位置

工序件调入后，选取吸盘位置点和吸盘型号（如图3所示），不断优化以使所有吸盘的吸力中心与零件重心吻合。

2、 选择安装副杆

系统将根据零件位置自动给出主杆（长度），设计人员根据吸盘数量判断副杆的数量。根据吸盘位置决定副杆的型号（长度），从数据库中选择相应的副杆进行安装（如图4所示）。

3、 自动装配

在安装完主、副杆和吸盘后，系统调用优化算法自动计算支撑杆长度，以此确定支撑杆型号；然后调用调整算法调整吸盘位置，以安装选出的最优支撑杆。装配结果如图5所示。

4、吸盘位置的调整

利用优化算法可以计算出支撑杆的长度X，但该长度不一定对应某个标准尺寸，为此还需要对吸盘位置进行进一步调整，使X与某种支撑杆型号一致。

由于工件上不止一个吸盘，对每个吸盘都有一个移动吸盘位置调整X值的问题。例如：有3个吸盘点，算出来的X值分别为a、b、c；与他们最接近的可选的支撑杆的长度分别为a1和a2、b1和b2、c1和c2，则存在如下关系：a1<a<a2，b1<b<b2，c1<c<c2；为了使所有吸盘移动的效果最好，通过最小二乘法优选，得出选优条件是（a-A）2+（b-B）2+（c-C）2最小，其中A∈{a1,a2}、B∈{b1,b2}、C∈{c1,c2}，得出的A、B、C就是最优支撑杆长度，也是三个吸盘的a、b、c值需要调整的目标。最后调用图2所示流程，调整吸盘的X值到最优的支撑杆长度值。

5、提交结果和BOM表

完成Tooling设计后，设计人员向服务器提交设计结果和BOM表，以便信息共享，主要包括Tooling模型、相关的标准件模型和Tooling的BOM表等。基于该BOM表，我们可以精确地确定部件规格数量；基于该设计图纸，装配工人将大大缩短装配时间，提高装配的准确性，同时提高了结构的合理性。　　

结束语

目前，该系统已进入试用阶段，新项目的Tooling工作已开始收益于其强大的实用完善的功能，不仅提高了采购部件的准确性，同时由于经过了科学计算，部件的选用更加科学合理，大大降低了部件数量。另外，有了装配图后大大缩短了装配工时，同时结构也更加合理科学，提高了端拾器的刚性和稳定性，提高了取料送料的稳定性，从而提高了整线的生产节拍。