基于CATIA的发动机罩盖总成HD10工位的汽车焊装夹具的相关参数化设计

1、烟台大学毕业论文（设计）分类号 编号烟 台 大 学毕 业 论 文（设 计）基于CATIA的发动机罩盖HD10工位汽车焊装夹具的相关参数化设计The design of automobile welding fixture based on Catia申请学位： 工学学士学位 院 系： 机电汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化姓 名： 周治安 学 号： 201056501403 指导老师： 张俊华（副教授） 2014年6月1日烟台大学.基于CATIA的发动机罩盖HD10工位汽车焊装夹具的相关参数化设计 姓 名： 周治安 指导教师：张俊华（副教授） 2014年6月1日烟台大学烟台大学毕业

2、论文（设计）任务书院（系）：机电汽车工程学院姓名周治安学号201056501403毕业届别2014专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目基于CATIA的汽车焊装夹具的相关参数化设计指导教师张俊华学历博士职称副教授所学专业固体力学具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)：1. 了解汽车焊装夹具的基本原理及已有的研究成果；2. 完成夹具设计的基本基础性作业；3. 完成焊装夹具的总体设计，包括工位运行设计及数据分析和处理；4. 完成毕业论文编写，不少于8000字。进度安排：1. 2014.3.012014.3.20 查阅相关资料，完成开题报告；2. 2014.3.212014.4.30

3、 了解具体的焊装夹具情况；3. 2014.5.012014.5.21 进行汽车焊装夹具的总体设计；4. 2014.5.222014.6.01 整理资料编写论文，准备答辩。指导教师（签字）：年 月 日院（系）意见：教学院长（主任）（签字）： 年 月 日备注：摘要本文主要针对EM01车型车身焊装夹具的设计任务。设计初期，需查阅大量焊装夹具的相关文献资料，仔细分析设计任务书，以为后面具体的设计打下基础。本文以发动机罩盖总成为例，对该车型的焊装夹具进行了系统分析，并使用Catia软件进行了实际的建模设计，还实现了装焊运行过程的运动仿真。本论文主要包括以下几个部分：车身焊装概述，HD10工位分析，三维设

4、计，运动分析，生成二维图。全文以整个设计过程为主线，着重分析了焊装夹具定位夹紧功能的实现方式，详细介绍了Catia软件的设计方法，另外，根据焊装夹具设计要求对二维图部分进行了全面的阐述。关键词：汽车; 焊装; 夹具; CATIA; 仿真模拟ABSTRACTThis paper is written for EM01 car body fixture design tasks. At the beginning, we need to read a large number of relevant literature on welding fixture, and analyze the de

5、sign task drawing carefully in order to have a better understanding on this specific design basis. In this paper, engine cover assembly is set as an example, I analyze the models of the welding fixture system and use Catia software for modeling design, and achieve the motion simulation of welding fi

6、xture movement process as well. The paper includes the following sections: body assembly overview, HD10-station analysis, 3D design based on Catia , motion analysis, generate drawings by software. The text is written by the design process, analyzes the welding fixture clamping function implementatio

7、n, detailing the Catia software design methods, in addition, this text have a comprehensive exposition for the drawings according to the welding fixture design requirements.Key words: automobile；body in white；welding；fixture；Catia；motion simulation.目录绪论1第1章 汽车车身焊装概述21.1 焊装夹具分类21.2 焊装夹具的功用21.3 焊装夹具设计

8、要求3第2章 EM01车型焊装夹具设计52.1 制图前的准备工作52.2 分析设计任务书确定定位夹紧方案62.3 HD10工位分析及各单元设计思路82.4 HD10工位U02夹具单元设计过程12第3章 干涉运动分析243.1 装配标准件243.2 运动分析25第4章 焊装夹具基座的设计及总体装配274.1 基座的设计274.2 总体装配314.3 焊枪的干涉检验31第5章 生成二维图335.1 生成二维图的准备工作335.2 装配图的二维图355.3 零件图的二维图36第6章 总结39致谢40参考文献415绪论汽车自19世纪末诞生至今100余年期间，汽车工业从无到有，以惊人的速度发展，写下了人

9、类近代文明的重要篇章。汽车是数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的现代化交通工具。可以断言，没有哪种机械产品像汽车那样对社会产生如此广泛而深远的影响。汽车生产制造水平直接体现国家汽车工业发展程度。而汽车工业对实现国家工业现代化起着极为重要的作用，是国民经济中的支柱性产业，它能带动和促进其它工业和事业的发展。它是显示一个国家工业发展水平的重要标志。改革开放以来，我国的汽车工业得到较快的发展，产量品种型号日益增多。但由于我国的汽车工业起步较晚，集团化程度不高，其产量质量与发达国家相比还存在着较大的差距。因此面临国际汽车发展的机遇和压力，随着我国国民经济的快速发展，国民收入水平的不断提高，使

10、市场成为汽车工业发展的真正动力。在市场的激烈竞争中和诸多汽车环保法的不断严格规范下，企业逐渐重视产品开发的力度，加快了新产品推出的步伐， 整车及零部件水平明显提高。20世纪末，世界汽车工业发生了剧烈的兼并和重组，21世纪初，中国加入WTO。因此，中国汽车工业必然面向国际市场，与整个世界汽车工业做严峻的竞争，寻找自身的发展空间。综合考虑我国加入世界贸易组织和世界汽车产业发展的现状及趋势以及我国汽车产业现状，未来我国汽车产业的发展趋势主要有如下几点：（1）联合兼并重组进程加速（2）积极参与全球化进程（3）模块化生产和系统化供货将成为发展潮流（4）低污染、节能汽车是一个发展方向因此中国汽车工业必须面

11、向国际市场，与整个世界汽车工业作严峻的横向比较，寻找自身的发展空间，确定新的坐标系和创立新的发展战略。开放的中国汽车市场将成为国际汽车工业的竞技场，中国的汽车工业面临着与世界汽车诸强竞争求生存的挑战。第1章 汽车车身焊装概述1.1 焊装夹具分类焊接夹具种类繁多，按夹紧的动力源不同可分为： 1. 手动夹具它是以人力为动力源，通过手柄或脚踏板，靠人工操作的夹具。它结构简单，具有自锁和扩力性能，但工作效率低，劳动强度大，一般在单件和小批量生产中应用较多。2. 气动夹具它是以压缩空气为传力介质，推动气缸动作以实现夹紧的夹具。它结构简单，使用方便，价格低廉，容易实现焊装过程的机械化和自动化，在焊装夹具中

12、使用最广泛。3. 液压夹具它是以压力油为传力介质，推动液压缸动作以实现夹紧的夹具，与气动夹具相比，它主要用于夹紧速度有要求以及夹紧力要求很大的场合。4. 磁力夹具它主要是利用永久磁铁夹紧焊件的夹具。其夹紧力小，磁力会逐渐减弱。主要用于车身上小零件的上料，由于空间尺寸限制不易设置夹紧结构。5. 真空夹具它是利用真空泵使夹具内腔形成真空，借助大气压力将焊件压紧的夹具，它主要用于夹紧容易引起变形的薄板件，尤其是车身顶盖等焊件在空中运输过程中常利用真空吸盘来夹紧。6. 混合式夹具在一些大型复杂的夹具上，夹紧机构的结构形式有多种，而且还使用多种动力源，有手动加气动的，气动加磁铁的等等。这种多动力源夹具，

13、称做混合式夹具。1.2 焊装夹具的功用(1) 在汽车车身焊接过程中定位夹紧，保证车身零件之间正确的装配关系，同时保证车身焊接质量及焊接过程顺利采用焊装夹具可以精确地对零件进行定位并牢固的夹紧，保证装配件的相对位置，减少了由于人工划线的误差带来的定位不精确。同时焊装夹具在焊接过程中使零件的变形受到一定的限制，可以大大减少焊接变形，使焊后零件的结构尺寸容易达到图纸要求。(2) 缩短焊装时间，能够批量生产，减少加工费，降低产品成本采用了焊接夹具，零件由定位元件定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，加快了装配作业的进程。另外在焊装夹具上装有扩力机构以牢固夹紧，可减轻工人的体力劳动，提高装配效

14、率，夹具可强行夹紧焊件或预先给予反变形，能控制和消除焊接变形，提高焊接质量，减少或取消焊后矫正变形或修补工艺缺陷的工序，使整个产品的生产周期缩短。虽然制作焊装夹具增加了产品成本，但焊装夹具的使用减少了装配和焊接工时的消耗，提高了产量，易形成大批量生产，从而减少加工费用，使产品总成本降低。(3) 增加了产品的均匀性，能得到具有互换性的产品采用焊装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，使焊接质量稳定，所以可提高焊件的互换性能。(4) 减轻了工人劳动强度，使不熟练工人的操作也成为可能如果不使用夹具，在装配定位焊接时，要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零件的相互位置是不可能的。在焊接时，

15、装配钳工要始终扶持住工件，保证其位置在焊接过程中不发生变动，这项工作也非常困难和疲劳。焊装夹具的使用降低了对工人的技术要求，也减少了工人的劳动强度。1.3 焊装夹具设计要求(1) 焊装夹具必须保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸，尤其是保证车身上门窗等孔洞的尺寸和形状。在装配时，夹具必须使被装配的元件获得正确的位置和可靠和夹紧，并且在焊接时能阻止焊件产生变形。(2) 焊装夹具应动作迅速，操作方便。操作位置要处于工人容易接近最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设计在工人最易用力的部位。当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。(3) 焊装夹具的设置应便于施工，有

16、足够的装配焊接空间，不能影响间接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊点保持适当距离，或布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够或转位。(4) 夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，以及焊件的表面质量。夹紧力适当，使夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束过大而产生较大的应力。(5) 为了保证使用安全，应设置必要的安全互锁保护装置。(6) 用于大型零件焊接的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具的刚度，对结构的形状精度尺寸精度影响较大。(7) 在同一个夹具上，定位元件和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。(8) 焊装夹具

17、本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率，尽量使制作时投资少成本低。 (9) 尽量选用已通用化标准化的夹紧机构及标准零部件来设计制造焊装夹具。上述这些原则是设计车身焊装夹具时所必须考虑的，但具体到焊装夹具的结构上却是差异甚大，有的焊装夹具只有一个简单的框架，有的则相当复杂。一般来说，应根据生产批量的大小和产品结构的特点并结合本厂的生产条件来选择焊装夹具的类型，设计夹具。第2章 EM01车型焊装夹具设计2.1 制图前的准备工作2.1.1 Catia软件简介本夹具设计主要采用了Catia软件来完成，下面简单介绍一下此软件的特点及优点：2.1.1.1 Catia软件的功能特点 Catia具有三维实

18、体建模、装配建模、生成直观可视的数字虚拟产品、并对其进行运动分析、干涉检查、仿真运动及载荷分析，可视化程度很高其功能特点如下：1）用造型来设计零部件，实现了设计思想的直观描述；2）充分的设计柔性，使概念设计成为可能；3）提供了辅助设计与辅助分析的完整解决方案；4）图形和数据的绝对一致及工程数据的自动更新。2.1.1.2 使用Catia的优点1）通过优化设计，节省了材料和加工时间，降低了成本；2）通过直观的模型装配，可以更确切的判断夹具结构和干涉部位；3）通过几何连接器并及时更新，可以保证修后的装配图与零件图的一致。而且相关尺寸会自动作相应的修改；4）选择Catia三维设计是未来的发展趋势，只有

19、捷足先登才具有市场优势。2.1.2建立统一的目录按照自上而下的设计方法，分别建立各相关文件。项目名/工位名/2D 存放装配图和零件图二维图纸项目名/工位名/GA 存放本工位夹具总图及其气路图项目名/工位名/UNIT 存放本工位夹具单元及其零件项目名/工位名/PNL 存放本工位设计用PNL项目名/工位名/GUN 存放本工位焊点、焊枪、焊枪打点示意图项目名/工位名/STD 存放本工位设计用标准件、外购件、国标件加工件工位代号UNIT号零件序号HD100000 HD10工位的GAHD100200 HD10工位的U02HD100201 HD10工位U02的零件01标准件名称与标准件号一致。例：WT08

20、04-350。外购件名称与样本订购编号一致。气缸后面加“_ 实际应用行程”CK1A50-75_70。2.2 分析设计任务书确定定位夹紧方案2.2.1夹具的定位方案的确定在进行装配焊接作业时，首选应使焊件在夹具中得到确定的位置，并在装配、焊接过程中一直将其保持在原来的位置上。我们把焊件按图纸要求得到确定位置的过程称为定位；把焊件在装配焊接作业中一直保持在确定位置上的过程称为夹紧。由力学可知，在空间处于自由状态的刚体，具有六种活动的可能性，即六个自由度，夹具定位的目的就是约束这6个自由度中的部分或全部，这样物体的位置和方位就能够唯一的被确定，所以自由度也是决定物体空间位置的独立参数。式样书中本工位

21、各套夹具分布如图所示。图2.1 M.C.P分析图2.2，可知，夹具单元U01、U02、U03、U04四个夹具单元起对8402100起支撑定位作用，也就是形成一个平面将车板支撑，通过U01、U02各一个销子实现对AG51013067于AG51013064精确定位，U02的两个销子实现AG51013066于AG51013064的精确定位，即一面两销的定位方式。所谓一面就是U01、U02-1、U02-2、U03-1、UO3-2、五个夹具单元所形成的平面，该平面限定了车板的三个自由度，车板上的两个销子，限定了车板的另外三个自由度，这样就实现了六点定位，将车班的六个自由度全部限定，实现对车板的过定位控制

22、。按照上述基准确定原则选择U02左侧面为夹具单元的定位基准，分析车体的PNL，按照事项书中给定的位置确定夹具所处的位置，U02所在位置在X-10，Y-700，Z400附近。可确定车身断面A所处位置X=-10为平面，根据设计要求，夹具板厚度为16mm，故可确定车身断面B位于X=-26平面。本设计中无论是PNL，还是夹具中的定位块的定位都是采用六点定位原理，进行完全定位。例如定位块与支撑板之间采用的是直角定位，有直角限定定位块的5个自由度，再由垫片限定其第6个自由度。如图2.3所示2.2.2 夹具的夹紧方案的确定气动夹具具有加紧动作迅速、夹紧力稳定、操作方便、安全无污染、清洁干净等鲜明特点，因此本

23、设计中采用的是气动加紧。此类夹具用压缩空气作为动力源，通过管道、气阀、气缸等元件，产生加紧工件的夹紧力。气动夹紧机构是以压缩空气为传力介质，推动气缸动作以实现夹紧作用的机构。由于气动夹紧机构的夹紧速度快，夹紧力比较稳定，操作简单，不污染环境，并可实现程序控制，容易实现机械化和自动化，在批量和大批量汽车焊装生产线上广为应用。通过气动回路控制，操作者可在一个工作位置操作按钮开关，实现各个方位的气缸动作控制，而且夹紧、松动速度极快，从而能大大缩短生产辅助时间，提高劳动生产效率。在进行焊装夹具设计计算时，首先要确定装配焊接时所需夹紧力，然后根据夹紧力的大小和方向、被焊接零件的结构、夹紧点的布置，安装空

24、间的大小等来选择夹紧机构的类型和数量。夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面，以保证零件定位稳定，变形较小。当夹紧力的方向与重力方向一致时，可使夹紧力最小。选择夹紧力的作用点时，主要应当考虑工件夹紧时要稳定、变形最小。所以夹紧力的作用点应落在定位件上，应尽量选在零件刚性最好的部位上，以减少夹紧变形。夹紧气缸的选取在车身焊装夹具中常选用带Y型双肘接头的夹紧气缸作为动力源，如图2.4所示为已标准化的夹紧气缸活塞杆缩回时的外形结构尺寸图。其接头销轴C与压板相连，通过气缸活塞杆带动压板运动，安装销轴D固定，使气缸绕D点转动。夹紧气缸的缸径主要有40、50、63三种系列可根据夹紧力大小不同来选用，缸径越

25、大，气缸输出作用力越大，则夹紧力也越大。气缸行程有75、100、125、150等系列，气缸行程影响压板的打开角度，当行程越大，打开角度也越大。选择气缸行程时，尽量选用标准行程，且大于使用行程510mm，这样可保证夹具的可靠夹紧，补偿压板夹紧面的磨损量。也就是说如果选择的气缸行程为75mm，则其实际行程为70mm，应为要留出5mm的补偿量图2.2 夹紧气缸的结构2.3 HD10工位分析及各单元设计思路2.3.1设计任务书设计任务书是设计项目主管根据用户提供的技术任务书制订的，它是设计者进行具体夹具设计的指导性文件，是整个设计的总体方案。设计任务书主要包括三方面的内容（1） 生产过程生产过程图图2

26、.3 生产过程图 其中1代表发动机罩盖总成，2代表发动机罩盖右铰链总成，3代表发动机罩盖左铰链总成。工位的基本概念表2-4 工位基本概念工位布局：图 2.5 工位布局图夹具概念图图 2.6 夹具概念图（2）主要控制点布置图（MCP）主要控制点是需要设置夹具定位的位置，它一般选在保证焊接质量，防止零件在焊接过程中变形的部位。在MCP中，规定了夹具的数量和位置、厚度以及夹具的结构（定位，夹紧，定位夹紧，定位销）如图：图 2.7 M.C.P（3）主要控制断面形状（MCS）MCS是组合件在MCP位置上的断面形状和夹具构造简图。在MCS中，规定了定位面的大致形状，方式，夹紧打开方向，定位销方式（固定，移

27、动，旋转）等。如图图2.8 MCS设计任务书的制作必须要在全面了解零件的形状，焊装过程和要求的前提下进行，它既要保证设计的设备可靠、满足使用要求，又要力争设备的设计和制造简单、方便。2.3.2夹具单元设计思路 根据试样书，HD10工位共需设计4套夹具即可满足要求，其余4套镜像装配后即可。1. U01夹具设计 HD10工位中的U01夹具定位夹紧发动机罩盖外板和内部覆盖件，且发动机罩盖外板需要一个定位块在下方支撑定位，在边缘部分还要有可调的支撑装置，所以需设计两个定位块，一个压块，还有一个导向杆。 这套夹具初步设计成由连接板、压板、定位块、压块、夹紧汽缸、导向杆等组成的夹具。2. U02夹具设计

28、根据设计任务书U02夹具需要完成两个位置的夹紧和侧面方向上的定位。除了夹紧发动机罩盖外板和内部覆盖件之外，还要压紧上方的发动机罩盖右铰链。为了防止发动机罩盖右铰链的移动，铰链上面有两个直径为11.8的孔，这两个孔需要用销定位。这两个销要求两向可调，且销要为移动销。在销退出后，将PNL去除。因此选择移动销配合定位块、压块的方式。3. U03夹具设计根据设计任务书U03夹具需要完成发动机罩盖和内部覆盖件的夹紧以及侧面方向的定位，大致思路同U01夹具。4. U04夹具设计根据设计任务书U04夹具需要完成发动机罩盖和内部覆盖件的夹紧以及侧面方向的定位，大致思路同U01夹具。2.4 HD10工位U02夹

29、具单元设计过程按设计任务书要求作出设置夹具部位的断面形状及相应车线，将确定的夹具基座面的位置画出，作为夹具的设计基准。根据定位夹紧面的断面形状以及周边零件、装备的干涉情况，确定该夹具的结构形式进行具体设计。现在主要介绍U02夹具的设计方法和过程。设计者在进行焊装夹具之前，首先要根据设计任务书的要求做出相应的车身断面图作为夹具结构设计的数据依据。2.4.1切取断面线根据断面位置与车线关系，采用一维断面。在Catia中截取断面，我们用 ，首先在一套夹具的总装配下新建part，比如HD10-02-sec，来存放断面。在弹出的对话框中选择“否”，以保证零件坐标系整体的统一。如图2.8所示。图2.8 新

30、零件原点定义将断面线A面为车线绝对值小的一面，用橙色双点划线表示；B面为车线绝对值大的一面，用绿色双点划线表示；后再截B面，改好颜色。打开任务书MCP图，定义新建断面位置，开始截取断面。首先进入创成式外形设计工作台，依据任务书创建U02夹具断面所在的平面，点击线框工具条中的 按钮，出现平面定义对话框。如图2.9所示。图2.9 平面定义定义好平面参考后点击线框工具条中的 命令，进入截面定义对话框，选择U02工位区域为第一元素，再选择上一步创建的平面为第二元素，可在预览中进行检查，单击确定，便得到了第一条截面线，如图2.10所示： 图2.10 平面定义在用同样的方法截取B面的截面线。一般规定：A面

31、为车线绝对值小的一面，用橙色双点划线表示； B面为车线绝对值大的一面，用绿色双点划线表示；所切断面线如图2.11所示：图 2.11 断面线2.4.2连接板的设计由于车身焊装夹具设计采用过定位原则，应尽量减小接触面积，以免因定位太多而造成定位不可靠。一般接触面积宽度选为15-20mm即可，本设计选择16mm。因为连接板上要安装夹紧气缸所以在设计连接板时应该根据气缸选型的型号，来定气缸安装孔及铰支孔的大体位置，所以这几个点的坐标位置要预先定义好。2.4.3画装配草图在设计压板时，首先应根据压板的打开状态，气缸的行程来确定旋转点及气缸安装铰支点的位置，同时要考虑气缸打开或关闭时连接部分是否干涉。双击

32、HD10-02-sec，点击 进入草图界面，建议用第二个定位草图，根据断面线的形状设计压板的形状。 2.4.4干涉分析为了避免给设计造成浪费，在作运动分析之前须先对草图进行打开状态干涉分析。通过旋转角度，来确定气缸行程是否能够保证气缸处于打开状态时，不会与PNL发生干涉。通过学习可知，行程50mm的汽缸满足各项的情况下所打开的最大角度为40.12度，行程为70的气缸最大打开角度为60.5度，因此可以通过打开角度，使压板臂草图旋转来检验其刚打开时是否会与PNL发生干涉其操作过程如下：草图工作台-旋转，点击 后弹出旋转定义对话框，选择复制模式，然后选中所要旋转的曲线，再选择旋转点，即为中点O，再输

33、入旋转角度40.12度，确认后完成旋转。如图2.12所示。图2.13 旋转定义打开状态 最终绘制好的装配草图如图2.13所示。图2.13 装配草图2.4.5根据装配草图画出压板、连接板、定位块、压块回到零件设计工作台，分别进行各个零件的设计2.4.5.1 压板的设计首先对压板的结构进行分析，因为需要对发动机罩盖的上面和侧面同时进行压紧，压板上要有两个压块定位面，另外还要设计两个厚度为8mm的耳朵焊接到压板臂之上，作为压板与连接板连接的部分。具体设计过程如下。先将模型树中U02夹具总装配文件HD10-02-00双击激活，在此之下，新建part文件命名为HD10-02-06，在弹出的原点定义对话框

34、里选择“否”。点击草图按钮，绘制压板臂部分的草图，利用草图中的约束将所绘制的草图与事先建立好的草图定义在同一个位置。绘制好的草图结果如图2.14所示。图2.14 压板草图退出草图工作台后，选择凸台命令，进行拉伸距离为16mm。如图2.15所示。 图2.14 压板的拉伸剩余部分要分两次拉伸，在Y轴的正反方向上各拉伸厚度为8毫米的的实体。图 2.15 压板耳朵部分的拉伸选择修饰特征工具条中的倒角按钮，在出现的对话框中选择双倒置，选中所要倒的角的底线，根据压板的结构输入所倒角的第一偏置与第二偏置，即可完成压板的总体设 计，如图2.15所示。图2.15 压板的总体设计2.4.5.2连接板实体的设计&l

35、t;1>首先将双击U02夹具总装配激活文件HD10-02-00，新建part零件命名为HD10-02-05。设计连接板时应根据压板的设计及气缸的行程，根据设计要求选择行程为50的气缸，其尺寸按照97+行程来计算。在设计时把首先打开的气缸即上面的气缸设计成与地面 成30度放置。同时应遵循所设计夹具的工位特点、受力情况及材料的节省等方面来考虑设计。步骤如前因连接板为独立的整体可直接进行拉伸，拉伸厚度为16毫米，为节省材料在满足受力要求的前提下进行倒角及切除多余部分。设计结果如下图2.16。图 2.16 连接板<2>确定连接板上安装支架的孔的位置连接板中与支架连接的六个孔的确定如图

36、所示。设计前已经通过任务书确定了BASE 的高度。将BASE 的高度用一条基准面表示，确定支架高度，六个孔与基准面的关系以及六孔之间的关系如上图右图所示。连接板中气缸下悬挂点与旋转点之间的水平距离为35，与气缸上止点的竖直距离为97+（行程-5）ST，也就是147mm。Z=400根据确定的BASE高度，作一基准面Z=400。如图2.17所示。 图 2.17 连接板上支架的孔位置的确定从而确定支架的孔的位置。倒角一般为10cm，避免产生应力<3>设计完后的连接板为，增加定位块连接孔，去应力倒角。 图 2.19 连接板完成图2.4.5.3定位块的设计切去形面便于加工双击HD10-02-

37、00，新建零件命名为HD10-02-01。绘制草图跟之前的草稿进行约束到一起。然后再通过凸台命令进行拉伸。得到之后点击 ，进行形面切除。如图图 2.20 定位块的切削定位块采用两销一孔定位 图 2.21 定位块的完成图2.4.5.4压块的设计根据几个压块的设计，如图2.22所示图2.22 压块2.4.6 销支架的设计根据任务书中的介绍，U02夹具要固定发动机罩盖左铰链总成，防止移动。同时定位孔轴线垂直于车身覆盖件，所以用移动销来进行定位即可。移动销要实现双向的调整。因此移动销应该包括定位销、销支架、连接块和垫片几个部分。设计过程如下：首先要将定位孔部分的轴线提取出来，选择直径11.8的定位销，

38、使用同轴定位的方式将定位销与定位孔轴线定位到一起。接下来就要根据定位销的位置设计销支架和连接块。设计过程要注意在与连接板的部分安装时，位置不要跟其他定位部分如支座安装孔和导向杆产生干涉。设计完成后移动销如图2.23所示。图 2.23 销支架2.4.6 修剪实体与偏置在装配图中激活零件图，选择在工具栏中点击图标 出现分割定义对话框，点击修剪的面和保留侧完成修剪压板截面，完成修剪。进入创成式外形设计工作台，操作工具条中点击图标 可以改变压板截面的大小。如图2.24所示。另一个压头的截面与此相同。图2.25 修剪实体与偏置第3章 干涉运动分析3.1 装配标准件支撑底座的选用应根据设计要求，因为坐标原

39、点与基座的距离是400mm，根据以上设计，特别是支撑板的设计，从所给的标准件中选择高度为200mm的支撑底座，标准件选定后依次将它们装入所设计的夹具中，以气缸为例：点击 图标再点击模型树中HD10-02-00文件出现对话框选择行程为50的气缸。如图3.1所示。图 3.1 添加现有部件点击确定后进入装配对话框如图所示：选择同轴点击需要设置同轴的部分，对气缸而言配对好两点即可。如图3.2所示。如果尺寸正确则装配完成，当不能装配时必须从草图中修改尺寸。图3.2 气缸装配所有标准件都装配完成后即如图3.3所示：图 3.3 装配图3.2 运动分析做完以上操作后需将气缸装配在所做的夹具上进行运动分析。1.

40、在HD10-02-00单元下新建产品HD10-02-MOTION,将参与运动分析的零件（包括连接板）复制到HD10-02-MOTION下面：图3.4 运动分析部件树2.激活HD10-02-MOTION，用约束工具条对零件进行约束 固定连接板； 点击固连命令 ，分别选中压块和压板，将他们固连在一起； 用相合约束 命令，3个旋转点及气缸杆、缸体进行约束。 用偏移约束对缸杆和缸体进行约束 ，3更新视图，如下图所示4选中HD10-02-MOTION，通过图形属性设置颜色和透明度。图 3.5 夹具的打开状态5如果想观察运动的中间过程，可以在第步（即对缸杆和缸体进行约束）之前点击 命令 ，弹出操作参数对话

41、框，选择“绕任意轴拖动”并选中“遵循约束”，然后选择旋转轴，拖动压板即可观察运动的过程。如图3.6所示。图3.6 运动分析第4章 焊装夹具基座的设计及总体装配4.1 基座的设计基座用于车身零件的装配与焊接，它的上表面确定各夹具系统的XY坐标，又是所有夹具的安装平台，基座上表面的高度确定了夹具系统Z坐标，这样就建立了夹具系统的空间坐标系。基座也是所有焊装夹具的装配基准，必须有较高的加工精度要求，以提供夹具的定位精度。4.1.1 基座面的方向基座面的车线方向以方便被焊接零件的上料和焊接为原则。一般是尽量选择焊件轮廓尺寸最大的表面与定位基准面接触，且大件在下面，首先定位夹紧，小件在上面，以大件型面的

42、型面以及焊装夹具定位夹紧。焊点的布置在有利于施焊的方位，且操作者方便观察，焊钳和电极的可达性好。4.1.2 基座面的高度位置基座面高度位置的确定取决于操作者工作高度和夹具高度，夹具高度在保证焊钳工作空间的前提下间可能小，以节省夹具制造成本。工作高度要考虑到操作者动作时的最佳控制区，以离地面850900mm为宜。4.1.3 基座面的大小 基座面的大小取决于焊装夹具支撑板的位置。根据夹具的放置位置如图初步定一下：可将其设计为1440x800，如下图 4.1图4.1 夹具布置情况4.1.4 基座的结构和加工基座框架是由型钢焊接而成，其结构要求由足够的强度和刚度，以支撑其上安装的夹具单元和被焊零件。基

43、座的上表面是所有夹具单元的装配基准和测量基准，必须有较高的加工精度和平面度要求，而且必须在焊接完后进行退火去应力热处理后再加工表面，以保证定位精度。4.1.5 基座设计基座框架应选用与基座平面材料相同的钢。框架是由长度不等槽钢根据结构特点焊接而成的支撑基座平面和焊装夹具的支撑架。它要保证基座平面不会因为夹具的重量而变形，保证夹具要有准确地定位。本设计选用该方式：图4.2 框架分布形式图4.1.5.1 槽钢的选择：查机械设计手册选用槽钢为:钢热轧槽钢查表2，可知槽钢的基本尺寸为：h=100, b=48, d=5.3, t=8.5, r=8.5, r1=4.25,b-d2=21.35图4.3 槽钢

44、的基本参数4.1.5.2 基座钢材的选择：根据基座平面的厚度16mm以及装配后将要承受的重量查表1后，得出基座平面应选用Q235-A4.1.5.3 基座表面平面度的计算： 根据公式：基座面平面度= （20+L/20）1000 其中，L基座面对角线其中：L=14402+8002=1647.301求得：基座平面度=(20+1647.301/20)1000=0.102 4.1.6 基座的三维设计首先，在UG中新建一个名为HD10-00-01的part。在弹出的坐标系对话框中选择“否”，实际做坐标系与焊装系统坐标系系统一致，再进入到草图绘制基座的草图。利用拉伸命令将草图曲线转换成实体。进入草图设计工作

45、台，根据任务书选择XZ平面为草绘平面，根据计算得到的数据进行槽钢草图设计。根据槽钢的基本尺寸先画出基座平面四周的框架的槽钢草图和宽度方向的草图，还有长度方向的草图，根据上面画草图的步骤选择另外一个与基座平面草图垂直的平面作为工作平面，根据槽钢的基本尺寸画出长度方向的草图。回到第1层利用凸台将上面绘制的草图转换成实体。转换后的结果如图4.4所示。图 4.4 槽钢结构图创建基准平面相对X轴移动120mm，打开草图选择X 轴与Y轴确定的平面作为草图基准面。在此面上做出框架联结点的辅助连接板的草图和与支撑腿联结的连接板。完成草图后返回第一层将草图通过凸台转换为实体。连接板的厚度为15mm。如下图 4.

46、5。图 4.5 槽钢结构图这样，基座的设计初形就完成了。最后将所有的夹具装配好后再进行基座面大小的调整。保证所有的夹具都能装在基座上。4.2 总体装配U04U03U02U01把整套夹具放在GA中检验，销的位置合适，但连接板设计过长，这样有可能干涉焊枪，这样把连接板改得尽可能短些。夹具的其他部分都合适。图 4.6 总体装配4.3 焊枪的干涉检验首先将各套夹具体安装在基座上，然后再把焊枪安装到离夹具体近的位置，检验看是否焊枪和夹具体以及车身发生干涉，以作调整。插焊枪前一般要在焊点位置做垂直于PNL面的线，可以在“零件设计”工作台里操作，如果不行可切换到“线框和曲面设计”里操作。用 “现在组件”或“

47、具有定位的现在组件”插入焊枪。并使用约束中的各个按钮来定位焊枪的位置，或用操作中的各个按钮来快速定位焊枪的位置。如下图4.7所示。图 4.7 焊枪总装配图第5章 生成二维图5.1 生成二维图的准备工作制图应用可以实现从体模型到制图中视图单向关联，即体模型的改变，会反映在制图中二维视图、尺寸等的改变。同时制图应用也可实现体模型与制图中视图的双向关联，即制图应用可继承建模应用中草图的尺寸、孔与螺纹特征尺寸；同时，在制图中修改草图中尺寸可修改体模型。Catia工程制图工作台包括建立和修改视图、尺寸和其它制图辅助的功能。而且支持GB、ISO、ANSI标准。具备以下显著的特征：图与设计模型完全关联。创建

48、与父视图完全相关的剖视图的功能。能自动生成实体中消隐线的功能。直观易用的图形界面。从图形窗口编辑大部分制图对象的能力。支持装配树结构。自动生成正交视图和对齐视图。用户可控的图更新。这一部分是最后完成的也是最重要的部分，三维立体模型的尺寸关系部能够明确表达，因此真正实用的还是二维图 。生成二维图的一般过程为：1. 进行工程制图预设置，2定义图纸大小，3添加视图，4绘制车线，5插入符号，6标注尺寸，7插入表面粗糙度，8. 文字注释、标题栏、明细栏、技术要求填写，9零件号标注。图纸大小选为A1号图纸，绘图比例为1：2，尺寸采用公制mm,。设置完成Apply，生成图纸。 <1> 定义图纸-

49、新建-drawing 图纸大小选为A1号图纸，尺寸采用公制单位mm，按照国标规定采用第一角投影。设置完成进入Catia“工程制图”工作台进行绘图。在制作二维图之前首先要做的是，二维图的预设置包括Environment V5R20中CATReferencesettingpath 和 CATCollectionStandard 变量的设置。工程制图设置中包括常规、视图、几何图形、尺寸等选项。工程制图选项打开位置在工具-选项，在弹出的选项对话框中选择机械设计下面子结构中工程制图选项，如图5.1所示。此处设置做好将对后期投影视图以及标注等带来非常大的方便。图 5.1 工程制图选项<2> 添

50、加视图，视图工具条-正视图 选择part文件，定义正视图方位，在图纸上添加视图，如图5.2所示。添加完主视图后点击第二个图标 ，添加俯视图和左视图图 5.2 定义正视图<3> 标注尺寸-Dimension尺寸标注过程中会遇到不少问题，而且有许多规定需要严格按照规定来进行尺寸标注。在装配图中不需要标注定型尺寸，只需标定位尺寸，定位基准与车线之间要有±0.1的位置度公差。由于基准的BASE板通过平面与支座进行相连，支座通过定位销与支撑板相连，其他部件都与支撑板形成位置尺寸关系，因此在装配图中定位销的位置就是个部件装配的基准。但在装配图中，定位销的基准作用被车线所代替。5.2

51、装配图的二维图 在Excel中设计好零件明细表栏，然后复制插入到装配图标题栏，设计好的U02夹具装配图标题栏如图5.3所示图 5.3 U02夹具装配图的标题栏在每个视图中，尺寸标注必须遵循一定的原则。在设计中我遵循的原则是每一组结构都从横向和纵向，与基准建立尺寸关系。每遇到一组结构时，首先观察该组结构是否是装配特征，如果属于零件内部特征则不需在装配图中标出。如果属于装配特征，确定该特征属于重要尺寸类型还是无关紧要的尺寸。重要的定位特征尺寸，需要与基准建立直接的尺寸关系。在本设计中定位基准选择的是空间坐标线，也就是基准车线，通过车线和定位销之间的尺寸连接关系，将尺寸关系由，定位销传递到车线，以对

52、各装配零件实现尺寸传递关系。无论是孔还是压块、定位块，都要与车线建立位置尺寸关系，每一个特征都要有两个方向的定位尺寸，在标注每个特征时，就要看一下该特征是否与基准车线构成了横向和纵向的尺寸关系，如果没有或者缺少，说明该特征的尺寸标注是不准确的，需要补充或修改。如下图5.4。图 5.4 U02夹具二维图5.3 零件图的二维图按照设计要求，本次设计要出两套夹具的装配图二维图和一套夹具的零件图二维图。经过筛选我选择UO2和U03夹具单元绘制装配图二维图，U02夹具单元的各组成零件绘制零件图的二维图在这里选择U02单元中05和06号零件，即压板和连接扳两个零件来说明零件图的二维图的绘制过程。零件图二维

53、图的制作过程与装配图的二维图制作过程类似。该零件的图幅为A3横放，比例为1：2。下面就05号零件的二维图进行说明。图5.5 连接板的二维图在零件图中需要标注各特征的形状尺寸和位置尺寸。在标注尺寸前需要确定位置和加工基准，由于该零件为加工件所以其定位基准也就是该零件的加工基准。在本设计中U02单元的各结构的位置都是通过定位销由BASE面传递的。因此一次选用基准销孔中心为定位基准，图5.7中“基”所在位置就是该零件的定位和加工基准。所有的尺寸线都应从基准销向外引出。直径12的销孔，是连接支撑板和压板臂的重要枢纽，压板臂绕该点转动，该点还是支撑板与气缸位置关系的重要连接点，因此该点与基准的位置尺寸有

54、±0.1的公差。而其本身又有H7的尺寸公差。无论是装配图还是零件图，图中都应该说明A、B两面的位置，需要在两面分别明确标示出U02-A和U02-B。在这里应该特别提到的是粗糙度的标注，在该零件中连接板与定位块之间的尺寸精度是影响工件装夹精度重要尺寸，因此其垂直面与基准间的位置尺寸也有±0.1的公差尺寸。而且两零件的接触面有Ra3.2的表面粗糙度要求。图 5.6 压板的二维图该零件的定位基准为与连接板连接的直径14的销孔的中心线，如图5.6“基”所示位置，两条基准线即为该零件的设计、定位和加工基准。在这里应该特别提到的是粗糙度的标注，在该零件中连接板与定位块之间的尺寸精度是影响工件装夹精度重要尺寸，因此其垂直面与基准间的位置尺寸也有±0.05的公差尺寸。而且两零件的接触面有Ra3.2的表面粗糙度要求。两销孔，一个为连接板为压板连接的，另一个连接的是气缸头和压板，因此两个小孔的尺寸精度要求较高，都有±0.1的尺寸公差。两支撑臂内侧与支撑板配合，因此有Ra3.2的表面粗糙度要求。其余要求同连接板类似。另外在其余零件中，有表面发黑要求，即对表面进行热处理。这主要是因为，压块和定位块，经常与车板发生配合，磨损较严重，如果不做表面热处理，表面，尤其是与车板接触的表