夾具設計之自動裝配淺析

文/驚夢

開發者均為資深懶癌患者，一心致力探討自動化技術，本文則著眼於墊片等標準件，闡述了汽車焊裝夾具的自動裝配技術。

隨著目前全球汽車行業的迅猛發展，新車型的車身外觀不斷花樣翻新，車身曲面愈加複雜，然而留給設計和製造的周期日趨縮短。由於汽車夾具的通用性，很多廠商採用知識工程、PowerCopy、UDF或者Catalog建立了自己的標準件庫，極大提高設計效率。但是在墊片、螺栓等標準件裝配時，往往由於裝配圖中涉及零件很多，手工將這些標準件按照同軸、共面、同心等約束關係安裝到位是一件耗時費力且容易出錯的工作。作為資深懶癌患者，自然要探討一下如何使用VBA/CAA進行自動裝配，以拯救這群陷入重複勞動的人【使他們可以更懶一點…】。

從邏輯上來說，實現自動裝配應該需要解決幾個問題，即【確定裝配位置】/【選擇合適標準件】/【標準件對齊】三個方面。

1、確定裝配位置

墊片裝配位置：零件之間的墊片主要用於調整間隙，防止直接接觸。墊片安裝後，墊片孔徑大小與零件A/B的接觸面開孔相匹配。因此，需要裝配的位置需要滿足幾個條件：

• 零件A與零件B存在某一平行面，且間隙合適（圖上為3mm間距）；
• 平行面上開孔位置和孔徑大小應相匹配（圖上3mm-3mm、3.323mm-4.5mm、3mm-3mm）。

在程序中進行判斷時，需要把多個孔作為一個孔組進行判斷（圖上為3孔），根據孔徑的大小差異，可以人為規定某一零件的面為主面（3mm-4.5mm-3mm），某一零件的面為從面（3mm-3.323mm-3mm）。利用上述規則，可以方便的得出相應程序流程：

VBA：遍歷結構樹得到所有零件->遍歷零件得到所有孔->提取孔位置及孔徑大小參數->同一零件內多個孔識別為主面或從面孔組->整個空間內主面與從面進行匹配；

CAA：遍歷結構樹得到所有零件->遍歷零件拓撲結構得到所有圓柱面->提取圓柱面位置及圓柱面孔徑->同一零件內圓柱面的圓弧識別為主面或從面孔組->整個空間內主面與從面進行匹配；

VBA通過Product、Part、Hole特徵，CAA通過CATIProduct、CATIPrtPart、CATBody等介面實現上述流程。與VBA相比，CAA可以實現無參特徵的處理。

螺栓裝配位置：與墊片裝配位置的確定相比，螺栓裝在一對孔內，僅需要確定匹配的一對孔即可。值得注意的是，許多螺栓往往安裝在沉頭孔內，需要進行區分。程序流程與墊片類似。

2、選擇合適標準件

孔組確定後，其實標準件已經確定。對於墊片，孔組之間的距離確定墊片的高度，孔組內各孔的距離和孔徑大小確定墊片大小和類型。兩者結合可以從預定的標準件庫中選擇合適的墊片。對於螺栓，一對孔最大距離決定了螺栓的長度，孔徑的大小決定了螺栓的類型。

3、標準件對齊

為了計算正確的標準件位置，首先需要確定墊片的軸系，為了方便安裝，以墊片的某一邊緣孔中心為原點，以原點指向另一側孔中心為X軸，以原點指向墊片厚度方向為Z軸，選擇右手坐標系，這樣可以確定墊片的軸系。

同樣，在裝配位置確定一個軸系，以主面某一邊緣孔中心為原點，以原點指向從面的方向為Z軸，以原點指向另一側孔中心為X軸，選擇右手坐標系，這樣就可以確定裝配位置的軸系。

如果在全局空間中，將兩個軸系完全重合，那麼就可以保證墊片安裝位置的正確性。

在實際程序中，並不需要創建圖上墊片和裝配位置兩個軸系掛到結構樹上，僅需要記錄軸系信息即可。在CATIA中，零件與產品之間的相對位置以4x3大小的相對坐標轉換矩陣的形式存儲，需要考慮零件基準坐標系與裝配坐標系在不同位置下的情況。由此，可以得到相應程序流程：

VBA：提取墊片信息確定墊片軸系->利用孔組信息確定安裝位置軸系->確定墊片安裝後所在的產品->利用安裝位置軸系和墊片軸系以及安裝產品的坐標轉換矩陣確定墊片在全局下的坐標轉換矩陣->插入墊片

CAA：與VBA流程相同。

螺栓的確定方法與墊片方法基本類似，不過螺栓為對稱體，僅有Z軸，X軸方向可以任意確定。

至此，可以方便的實現大部分標準件的自動插入，執行一個命令，瞬間完成所有的墊片或者螺栓的裝配，滿滿的成就感油然而生。上面的思路不僅可以用於裝配，還可以用於孔位匹配的錯誤檢測等等。有實力的小夥伴還不快去試試！

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