基于UG的软工装夹具设计

陈余进　潘敏　黄伟兴　汪红

摘 要：在汽车的前期开发过程中，白车身焊接是样车开发的一个制造过程。而白车身焊接过程所需的软工装定位夹具，是该过程中的一个必须环节。本文主要介绍基于UG的软工装设计过程，以及对软工装定位夹具的结构组成、技术要求等进行论述。

关键词：软工装夹具 设计 白车身 UG

1 引言

在每款车型量产之前，样车白车身的焊接开发是必不可少的，白车身的整车合格率取决于各焊合部件总成的总拼焊接精度。而白车身的合格率和焊点质量直接影响到后期的总装装配，试验认证过程和路试质量等。

因此，要提高白车身整车的焊接质量及合格率，必须设计结构合理、定位精准的软工装夹具，以便对车身部件焊接时进行精准的定位和加紧。

目前应用于机械设计行业的的三维软件主要有UG、Pro/E、CATIA等，本文就UG在软工装设计中的常用功能进行介绍、夹具的结构及技术要求进行概述。

2 软工装设计中使用的UG功能

2.1 草绘设计功能，提供了多种线条绘制工具、曲线修改、曲线约束功能等，使用户可以根据二维图纸、转化为三维实体模型的设计过程。另外如在实体中无法直接建立的模型，也可通过草图可以准确的绘制出图，同时需要注意草图约束与图层管理等。

2.2 建模功能：建模功能提供了常见基本体素的设计功能，如球体、长方体、圆柱体等、锥体等;以及多种扫描特征的运用，如拉伸、回转、扫掠等;

2.3 实体特征功能：提供了孔特征、凸台、腔体特征、槽特征等命令的使用;满足多种复杂数模零件的结构设计过程;

2.4 同步建模功能：同步建模技术是一个能够同时进行几何图形与规则同步建模的设计方法、能快速、快捷与方便的进行建模操作。

2.5 装配（约束功能）：提供了自上而下和自下而上两种装配方法，模拟实际的机械装配过程，利用约束将各个零件图形装配成一个完整的机械结构。

3 软工装夹具结构组成

软工装夹具通常由底板、定位单元装置、其他辅助标准件等几大部分组成。其中不同的定位单元组成结构会有所不同，以下对通用的部分夹具主要零件做设计要求介绍：

3.1 底板的结构

底板根据使用需求，多数为柔性底板，可实现不同车型的切换，其结构通常由夹具安装面板（常用厚为≥25mm），中间结构为方钢纵横排列结构，下部支撑板焊接成整体框架，热处理后精加工钻孔而成（如图1所示）。

底板是焊接夹具的基础元件，它的精度直接影响定位机构的准确性，因此对工作平面的平面度和表面粗糙度均有严格的要求。夹具自身测量装置的基准也是建立在夹具底板上，因此在设计夹具底板时，应留有足够的位置来设立测量装置的基准槽和基准孔，以满足实际测量的需要。

底板的安装面板由每一组孔系组成，为螺纹孔和Ф12销孔间隔100矩阵均布在底板上，使用时可通过过渡板实现柔性切换。底板的加工技术要求如下：1）单个拼台工作面平面度≤0.08mm/M，整个平面的平面度≤0.2mm，表面;粗糙度≤3.2。2）底板的同孔组销孔中心距L±0.02mm;销孔与基准孔（槽）间距L±0.05mm。3）地板设置基准孔至少3个以上，对于大底板每间隔1.2米设置一个，基准孔间的中心距±0.02 mm;孔径φ16H7，孔表面粗糙度1.6。4）底板须设置基准线，一般情况下沿X/Y/Z方向设置，位置、数量应根据底板的大小具体情况确定。5）底板常用材料为Q235A或A3钢。

3.2 定位单位结构

定位单元中的组成零部件通常由过渡板、支基、定位支撑板、压板、定位块、限位块、调整垫片、定位销、调整垫片及其他辅助件等，以及根据焊件实际形状确定的定位机构（如下图所示）。

3.2.1 过渡板设计要求：

过度板通常由Q235A或A3钢加工而成、其孔系组成根据定位要求与底板的孔系位置而定，因此没有固定的设计标准，不可柔性化。

3.2.2 支基的设计：

软工装支基起到支撑连接作用，支基的高度可按照50mm的整数倍进行标准化柔性设计（如ZZJ200、ZZJ250），可满足零件到底板间不同高度时的使用，并且能多项目重复柔性使用。

支基的材料一般为HT200，可以按照使用原则设计标准分为L型支基、小型过渡支基、和方管型过渡支基三种。支基选用规范L型支基分铸造型及焊接型，铸造型支基批量制作成本较低，尺寸稳定性好，应优先选用。

小型过渡支基分铸造型及焊接型，小型过渡支基一般与L型支基配合使用，当所需支撑总高度≥400mm时要考虑使用此小型过度支基。小型过渡支基使用在承载要求较轻的场合，如侧围夹具、门盖夹具上的定位单元等。

方管型过渡支基，为焊接结构，特点是承载能力强，一般与L型支基配套使用，主要用于总拼及下车体夹具的底部定位。

3.2.3 支撑板的设计要求：

一般情况下支撑板不直接与工件接触，不直接对工件定位（工件的是由安装在支撑板上的定位块负责），支撑板材料一般为Q235A。支撑板应尽量避免焊接，无焊接支撑板加工工序较简单，参考工序如：下料、退火、粗精加工两平面至预留值、加工支撑板外形轮廓、磨两平面至设计值、精加工侧部轮廓各安装平面、孔系粗精加工、去毛刺。

3.2.4 与压板相关的要求

压板与定位块直接与产品面接触，通常需要进行型面数控方式加工，轴面粗糙度取Ra1.6，通常材料为Q235A，对产品起定位与夹紧作用，软工装定位单元中压板采用现场配焊的方式安装。焊接式压板的结构要求：原则上应尽量减少或避免出现焊接结构，压板采用焊接连接的必须进行去应力处理，且安装面及配合面须在焊接及應力处理完成后经精加工而成。压板上无工件定位销或其它需精确定位的零部件;

3.2.5 定位块的要求

1.夹具公用主定位基准面、或与总成检具相同的基准面的定位块与支撑板做成一体式结构，不考虑可调，材料为45#钢，定位型面处局部淬火HRC38-42。

2.定位块型面硬度HRC38-42，优先采用表面淬火，淬硬层深度≥2mm，也可采用整体淬火+低温回火的方式;重要的安装面、定位面及销孔要求热处理后精加工，确保所规定的粗糙度（型面、安装面Ra3.2，销孔Ra1.6）。安装面不得上色漆，要涂防锈油。

3.当接触面为非复合单角（就是平面曲率半径很大，可以近似认为是平面的曲面），且与安装面的夹角≤45度时，采用一向可调整的结构（≥45度的，安装面转90度）。

4.原则上定位块应独立调整，但当定位块定两个不同方向且距离太近的面或曲率半径较小的曲面时，采用两向可调整的结构。

3.2.6 限位块的使用要求

限位块的材料为45钢，热处理HRC42-45，类型：A型、B型为单孔型，导向定位面较短。A型配合精度较差，用于位置度要求相对不高的单点或多点夹紧;B型配合精度高，用于短小摆杆的工件定位销的导向定位;C型为B型的加长型，导向定位面较长，配合精度高，多用于带工件定位销的夹紧的导向及定位，及多级夹紧机构的除最后一级之外的摆动件的导向及定位，优先使用;D型为V形块导向定位型，特点是精度好，占用空间较小，但无导向定位行程，对上下件配合的紧密度要求较高，经过许可方可使用。

3.2.7 定位销相关的要求：

零件定位销主要是保证平面内左右的位置精度，在选用时应尽量考虑在标准序列中选用，标准序列中没有的能满足使用要求的则按非标件的编号要求及规范设计。定位销的定位面要有热处理硬度要求，具有一定的防锈性能，定位销热处理后要求具有良好的抗沖击性能（即韧性）。

安装时应该采用一定的孔位置精度较差，应适当放大间隙，推荐：螺孔定位销的定位直径=（被定位螺孔小径理论值-k）+h7;其中螺孔当为M6、M8、M10，取k=0.4;当螺孔≥M12时候，取k=0.5。

3.3 其他标准件、紧固件的结构及使用规范

3.3.1 调整垫片

采用的调整垫片规格通常有（1.5+1+0.5+0.25+0.1），调整垫片材料：不锈钢。标准调整垫片优先选用，标准规格无法满足要求的，经许可方可采用非标结构，厚度均按以上3mm要求配置说明：此调整垫片为产品尺寸匹配所需，非消除夹具制造误差所用，夹具装配过程产生的累积误差≤±0.5mm的允许通过增减调整垫片进行调整，否则夹具零件尺寸必须返工到符合要求。

3.3.2 紧固件的使用

夹具所用紧固件以8.8级内六角螺钉（GB/T70.1-2000）、内螺纹圆柱销（GB/T120-2000）为主。非沉头安装的螺钉采用螺钉+弹簧垫圈+平垫圈的安装方式;需沉头安装的螺钉采用螺钉无垫圈的安装方式。

沉头孔安装螺钉不要使用弹簧垫圈当需要对螺母头镗孔时，请使用下面的标准以确定板料尺寸不要使用弹簧垫圈。试验表明弹簧垫圈的使用降低了螺钉接头的扭矩扭紧能力。

螺钉、螺母上紧时必须达到所规定的扭力要求值，并在螺钉头、螺母用油漆做好标记连接销的选用以内螺纹圆柱销为主，常用的规格：10*30A（用于支基与底板、支基与支撑板等中小件的定位连接;其中B型用于盲孔）;8*30A（用于定位块、销座、L形过渡连接块等小型零件的定位连接;其中B型用于盲孔）;

4 夹具的技术设计标准

4.1 孔位公差设计要求

1）同一组销孔孔距公差取±0.02mm;螺孔、过孔孔距公差取±0.2mm;

2）不同组销孔之间孔距公差取±0.05mm;销孔至定位块安装面尺寸公差取±0.05mm;基准面至安装面、定位型面尺寸公差取±0.05mm;

3）销孔孔径公差取φDH7;定位销公称直径公差取φdh7;定位销导向部分与销座孔配合公差取H7/f7。

4）销孔取1.6，安装面取3.2，加工基准面取3.2，定位面取1.6，A 面定位面取3.2，压板定位面取3.2，定位销定位柱面取0.8，与销座配合部分取1.6。

4.2 表面处理要求

材料及处理要求：①定位块、定位销、伸缩销、伸缩销座等调质处理HRC38-42，表面发黑处理;②A面（外形覆盖件外表面）定位块采用MC尼龙;③定位销座、L形连接板、过渡板表面发黑处理;④标准限位块（ZXW2516A＼ZXW2516B）使用采购件，其余非标限位块采用45#，调质HRC38-42，表面发黑处理;⑤支撑板、压板、支基按要求刷油漆。

5 结论

软工装夹具设计是样车试制不可缺少设计制造过程，本文对UG设计常用功能、定位夹具结构组成与技术要求等进行介绍，使在后续的软工装开发设计中能有较好的参考与借鉴，能更好的实现设计时间的缩短、制造成本的节约。同时使夹具设计更加标准化、柔性化，更好服务到试制样车白车身的开发中。

参考文献：

[1]汪红.柔性软工装在样车试制中的运用 [D].时代汽车 2018.

[2]周晓明.论某车型软工装造车前期工作[D]. 企业科技与发展 2013.