基于二次开发的焊装夹具孔组工具开发与应用

李任君，谭洪强，张乂文，顾莉栋，刘晓楠

基于二次开发的焊装夹具孔组工具开发与应用

李任君1，谭洪强1，张乂文1，顾莉栋1，刘晓楠2

（1.长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022； 2.一汽模具制造有限公司 智能装备机械设计部，吉林 长春 130022）

孔特征组合（简称：孔组）形式在汽车焊装夹具设计中应用广泛，其设计特点是工作量大但操作简单重复。为提高汽车焊装夹具孔组设计效率，文章应用CATIA Automation二次开发技术，编写了汽车焊装夹具孔组快速设计应用程序，大大提高了汽车焊装夹具孔组的设计效率。通过实例验证，孔组工具可提高设计效率约70%，为焊装夹具的智能化设计奠定一定基础。

焊装夹具；孔组工具；CATIA；二次开发

法国达索公司的CATIA软件在世界计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD）/计算机辅助工程（Computer Aided Engineering, CAE）/计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing, CAM）领域占据重要地位，其在汽车焊装夹具设计中应用广泛。汽车焊装夹具结构设计中会有多种孔特征组合形式（简称：孔组），以保证销、轴等通过。通常这些孔组形式有二销二沉头孔、二销二过孔、二销四过孔、二销四螺纹孔等。虽然CATIA在焊装夹具设计中表现出强大的图形绘制能力，但进行手动打孔操作时，易出现低效易错的问题。

基于CATIA二次开发提升设计效率的应用研究，国内外学者及工程师做了大量研究。梁锋等[1]针对手工测量统计零件重量低效的问题，开发出了调用GetMeasurable函数的程序，实现了零件重量批量测量并导入；朱立达[2]针对人工方式提取物料清单（Bill Of Material, BOM）效率低、易出错的问题，通过应用二次开发手段，编写了自动生成焊装夹具BOM的程序；吕奉阳等[3]针对图纸设计中链接替换失效的问题，采用二次开发手段，编写了图纸链接替换程序，提高了工作效率、提升了设计质量；ROJAS-SOLA等[4]针对CATIA中缺乏相关集成工具的问题，开发出了应用于圆柱与圆锥展开的应用程序，提升了设计效率。对于孔组的快速设计二次开发，文献中较少提及。根据工程师的设计习惯，无论是采用单个打孔还是孔阵列的方式，相较于自动化设计程序，设计效率均较低。

通过应用CATIA二次开发技术，结合VB（Visual Basic）软件，开发出孔组设计程序。通过算例验证，表明本文所述二次开发程序可以大幅提升孔组设计效率，这将有利于提高汽车焊装夹具产品的设计效率，缩短设计周期。

1 汽车焊装夹具孔组

1.1 设计特点

图1为焊装夹具设计较常见的孔组形式，孔特征组合模式较为固定，其中孔的特征与个数都较为固定。孔在CATIA中应用设计模块完成，需要进行孔类型选择，孔坐标定义等操作，本身构造简单，操作简单。

1.2 存在问题

在实际打孔操作过程中，每个设计人员的习惯都有所不同，如单个打孔再约束或应用阵列的方式。阵列方式设计孔组较单个打孔的效率提升一些。但由于孔特征不同，一个孔组很难一次阵列完成，因此，工作量方面没有本质改变。经过分析得知，孔组特征具有操作简单且重复的特点，对于此类工作，应用计算机程序进行处理较为适宜。孔组完成后，为了在后续生产加工中提高孔的辨识度，需要对孔赋以不同的颜色来区分类型。虽然孔组设计的工作内容简单，但当需要大量重复操作时，人工操作易出现疲劳出错等问题，进而影响设计效率，最终影响整车的开发周期。

2 焊装夹具孔组程序设计

2.1 CATIA二次开发简介

CATIA二次开发过程就是利用CATIA提供的应用程序接口（Application Program Interface, API）进行软件功能拓展，是用户根据需要对CATIA的功能进行定制的过程。它可以使软件更好地为用户服务，大大提高工作效率与质量[5]。CATIA 提供了两种编程接口，一种是自动化对象编程（Automation），一种是开放的组件应用架构（Component Application Architecture, CAA）。Automation是基于组件对象模型（Component Object Model,COM）技术的编程接口，描述了CATIA二次开发编程对象架构，包含不同接口中每个对象的方法属性，是进行CATIA二次开发的重要参考资料。CAA功能全面，稳定性好，适合深层次的CATIA二次开发，但是需要使用专业的编程软件及工具。自动化开发虽然不能开发完成嵌入CATIA的可交互的程序，但能使用select方法实现简单的选择或选择集交互，可以满足多数工程设计问题。

2.2 孔组程序实现方法

基于CATIA二次开发的焊装夹具孔组程序流程如图2所示。在焊装夹具孔组设计时，孔组参数等较固定，因此，可以指定相关数据，也可以通过参数传递的方式完成。孔距采用默认常规数值进行处理。如果有特殊设计要求，可以单独指定，以增加程序的柔性。

图2 程序流程图

为增加程序可读性与易维护性，将关键功能均编辑成函数功能。这样在出现问题后，只需要维护相应函数即可。选择关键功能及关键代码如下：

Dim InputObjectType(2)

InputObjectType(0) = "TriDimFeatEdge"

InputObjectType(1) = "BiDimFeatEdge"

InputObjectType(2) = "Face"

Status=sel.SelectElement3(InputObjectType, "Select the Edge", True, CATMultiSelTrigg When Sel Perf, False)

If (Status ="cancel") Then Exit Sub

选择完连线与面后，程序会自动求解边线的中心坐标与面中心坐标。此时，会应用到CATIA自动化接口中的空间分析（Space Analysis）模块。其关键代码如下：

Dim mes_edge, Coord_edge(8), cEdge

Set cEdge =oEdge

Set mes_edge = wb.GetMeasurable(cEdge)

mes_edge.GetPointsOnCurve Coord_edge

在程序中得到连线与孔的中心坐标后，需要应用此二中心坐标解算出孔组中各孔中心坐标（见图3）。设此时孔组支撑面边线中心点坐标为(1,1,1)，支撑面中心坐标为(2,2,2)，两中心间距为，而孔组中相邻孔的中心距为△。则中心距为

图3 孔组中心坐标解算方法

根据解析几何中空间线段与点坐标的关系可知，相邻孔中心距、线段长与点坐标的关系为

根据式（2）可解处出孔组中孔坐标为

在孔组工具程序运行过程中，孔组中各孔中心坐标通过代码进行自动求解，无须人工干预，其关键代码如下：

Dim Hole_x, Hole_y, Hole_z

Hole_x = l_x + delt_L * (f_x-l_x) / cLength

Hole_y = l_y + delt_L * (f_y-l_y) / cLength

Hole_z = l_z + delt_L * (f_z-l_z) / cLength

其中，Hole_x, Hole_y, Hole_z分别为孔组中第一孔的坐标值；1_x，1_y，1_z分别为与孔组中心线垂直的边线中点；f_x，f_y，f_z为支撑面中心点坐标；delt_L为孔组孔中心距；cLength为边线中心点到支撑面中心点的距离，即。在求第二孔中心坐标时，只需将2*delt_L代入即可，运算方便。

孔中心距是孔组设计过程中的重要参数，产品进行更新时，可能会出现孔距变化的情况。本文所述孔组工具也考虑到了此种情况，因此，孔中心距通过参数进行传递，这样可以提高程序柔性。在设计中，如孔距发生变化，只需修改相应参数即可，可以很好地适应新设计变化。图4为孔组工具参数接收框，其默认孔中心距为15 mm。

图4 孔组孔中心距参数框

因为已经算出了孔中心坐标，所以在打孔操作时，只需要应用PartDocument下的Shape Factory中的AddNewHoleFromPoint即可，其关键代码如下：

Set gHole = oSF.AddNewHoleFromPoint(x,y,z, cSurf, oDepth)

gHole.diameter.Value = oDiameter

oPart.update

其中，cSurface为支撑面；oDepth为孔深度。

在完成孔组各孔生成任务后，为便于后续加工制造，需要按孔类型赋以孔不同颜色，这样过孔、阶梯孔、螺纹孔等都可以很清晰辨识。采用循环与判断结合的方式进行孔组颜色更新，其关键代码如下：

For Each Shape In oBody.Shapes

If TypeName(Shape) = "Hole" Then

oDia = Shape.diameter.Value

If oDia = 6 Then

oSel.Add Shape

oSel.VisProperties.SetRealColor 0, 0, 255, 1

oSel.Clear

Else

oSel.Add Shape

oSel.VisProperties.SetRealColor 0, 175, 175, 1

oSel.Clear

End If

End If

Next

3 实例验证

图5为孔组工具程序测试过程，其中图5(a)为CATIA设计模块下的零部件，其大小为75 mm× 20 mm×20 mm。图5(b)为程序运行开始，操作人员用鼠标选择一条边，虚线为选择的边线。图5(c)为边线选择后，操作人员用鼠标选择支撑面。在操作人员输入相应孔中心距参数后，程序自动打孔并更新其颜色。图5(d)为测试部件最终的完成效果图。

图5 实例验证孔组工具效果

经验证，孔组工具运行顺畅，孔组中各孔按预期完成，并按类型正确更新了颜色。应用孔组工具可以避免逐个打孔或阵列打孔的低效与重复。经实际对比测算，应用孔组工具较手动打孔可提升效率70%左右。

4 结论

汽车焊装夹具的设计效率，直接影响着新车型的开发周期。在焊装夹具的智能设计中，使用二次开发程序来避免重复性的工作是一种高效、可靠的方法。本文应用CATIA二次开发技术，借助VB软件开发了一个汽车焊装夹具孔特征组合快速生成的应用程序。通过 CATIA 实际零部件验证，显示该程序实现了孔组的快速、高效生成，提高效率大约70%，对缩短设计周期，减轻设计人员负担具有重要意义。本文介绍方法不仅限于孔特征的组合，对于其他类别特征组合，同样具有借鉴与参考意义，为汽车焊装夹具智能设计奠定一定基础。由于本文介绍方法中孔坐标是通过数学解析而来，所以如果出现设计变更时，无法实现各孔坐标的自动更新。这也将是下一步的研究内容，将会使孔组工具更加实用。

[1] 梁锋,钟建强,罗培锋,等.基于VB 6.0的CATIA二次开发在零件测量中的应用[J].汽车实用技术,2021,46 (2):38-40.

[2] 朱立达.基于CATIA二次开发的焊装夹具BOM自动提取[J].机械工程师,2017(7):109-110.

[3] 吕奉阳,杨金秀,罗培锋.基于VB6.0的CATIA二次开发在图纸设计中的应用[J].汽车实用技术,2019,44 (5):88-91.

[4] ROJAS-SOLA J I,RÍO-CIDONCHA G D,ORTÍZ- MARÍN R,et al.Design and Development of Sheet- metal Elbows Using Programming with Visual Basic for Applications in CATIA[J].Symmetry,2020,13(1): 13010033.

[5] 郭佼.基于CATIA二次开发的机翼参数化建模[J].中国科技信息,2023(2):47-50.

Development andApplication of Welding Fixture Hole Group Tool Based on Secondary Development

LI Renjun1, TAN Hongqiang1, ZHANG Yiwen1, GU Lidong1, LIU Xiaonan2

( 1.School of Mechanical Engineering,Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China; 2.Intelligent Equipment Design Department, FAW Tooling Manufacturing Company Limited, Changchun 130022, China )

Hole feature combination (short for:hole group) form which design characteristics are heavy workload but simple repetition is widely applied in the design of automotive welding fixture. To improve the design efficiency of hole group in automotive welding fixture, programs a rapid designing application tool for automotive welding fixture hole group based on CATIA Automation secondary development technology.This application tool can improve the design efficiency of automotive welding fixture hole group greatly. By the test verification in the real design atmosphere, the hole group tool improves the design efficiency nearly 70%. Furthermore, the research in this paper lays a certain foundation for the intelligent design of welding fixture in the future.

Welding fixture; Hole group tool; CATIA; Secondary development

U466

A

1671-7988(2023)20-122-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.024

李任君（1983－），男，博士，讲师，研究方向为智能设计及仿真分析，E-mail:renjun.li@cust.edu.cn。

吉林省科技发展计划（20210203026SF）。