4. 焊接工件与夹具建模

在ROBOGUIDE中搭建焊接工作站时，工件与夹具的建模质量直接决定了后续轨迹规划、可达性校验和离线程序的可信度。机器人本体和焊枪通常来自软件自带库，而工件与夹具往往需要从外部CAD导入并重新组织。本节围绕“导入—定位—夹紧—运动—装配—碰撞”这条主线，说明如何把一堆几何体变成可参与仿真的工艺对象。

一、导入CAD模型：格式、单位与轻量化

ROBOGUIDE支持IGES、STEP、VDA-FS、STL等格式导入。工程实践中优先使用STEP（.stp/.step），它保留实体拓扑，便于后续做干涉检查；STL只有三角面片，适合外观展示但不适合精确碰撞判断。导入前应确认三件事：单位、坐标系、模型精度。

• 单位：ROBOGUIDE内部以毫米为长度单位。若源模型以米或英寸建模，导入后会出现1000倍或25.4倍的尺寸偏差。导入对话框中通常有单位换算选项，务必在导入时统一，而不是导入后再缩放。
• 坐标系：CAD模型自带的世界坐标系原点可能远离工件几何中心。建议在CAD软件中先把工件基准点（如定位销孔中心、工件底面角点）移到原点，再导出，这样导入后放置到夹具上时更容易对齐。
• 轻量化：整条焊装线的CAD装配体可能包含成千上万个零件。导入前应删除螺栓、垫片、内部加强筋等对焊接仿真无意义的细节，只保留工件外表面、焊缝坡口、夹具定位块和夹爪。面片数量过大时，仿真刷新会明显变慢。

导入后，模型会出现在“CAD”或“Model”树节点下。此时它只是一个几何体，还没有工件属性。需要将其“转换为工件（Part）”或“转换为夹具（Fixture）”，才能参与装配和碰撞设置。

二、工件定位与夹紧：从6点定位到夹紧力方向

焊接工件的定位遵循“六点定位原理”：三个支承点限制Z向移动和绕X、Y转动，两个定位销限制X、Y向移动和绕Z转动，一个端面挡块限制剩余的一个移动自由度。在ROBOGUIDE中，这些定位元件通常以定位块、定位销、挡块的形式建模，并作为夹具的一部分。

工件放置时，需要把工件坐标系与夹具定位坐标系对齐。常见做法是：在夹具上定义一个“工件基准坐标系（Part Frame）”，其原点位于主定位销中心，Z轴垂直于工件底面。导入工件后，通过“定位（Position）”功能将工件坐标系与该基准坐标系重合。若工件有多个定位销，应优先保证主销对齐，再检查副销是否与销孔同轴。

夹紧方面，ROBOGUIDE不直接计算夹紧力，但需要定义夹紧状态。典型做法是把夹爪建模为可动部件，并设置两个状态：打开和夹紧。夹紧状态下，夹爪与工件表面接触，工件被约束。若夹紧后工件仍有明显位移，说明定位点或夹紧点设置不合理，需要回到CAD中调整。

三、夹具运动机构定义：连杆、气缸与运动副

焊接夹具中常见的运动机构包括：手动压钳、气缸驱动压臂、旋转夹紧缸、滑移定位销等。在ROBOGUIDE中，这些机构需要通过“机构（Mechanism）”或“关节（Joint）”来定义，否则夹爪不会随气缸动作而运动。

以气缸驱动压臂为例，其运动链为：气缸体固定 → 活塞杆直线运动 → 压臂绕铰点旋转 → 压头压紧工件。在ROBOGUIDE中，需要为压臂定义一个旋转关节，关节轴线为铰点轴线，运动范围通常为0°（打开）到90°（夹紧）。若压臂由连杆驱动，还需定义连杆与压臂之间的旋转副，并设置正确的运动传递关系。

定义关节时，关键参数包括：关节类型（旋转/直线）、关节轴线方向、原点位置、运动范围、运动速度。这些参数应与实际夹具的气缸行程和压臂几何一致。若关节轴线方向错误，压臂会绕错误方向旋转，导致与工件或机器人碰撞。

四、装配关系与碰撞体设置

装配关系决定了各对象之间的从属和运动传递。在ROBOGUIDE中，通常把夹具基座设为固定（Fixed），工件通过定位关系附着在夹具上，压臂通过旋转关节与气缸体连接。若工件在夹紧后仍需微调，可以设置“工件—夹具”为可分离的装配关系，但仿真时建议固定，避免工件在焊接过程中漂移。

碰撞体（Collision Body）设置是保证仿真安全的核心。需要为以下对象分别指定碰撞体：焊枪、工件、夹具定位块、夹爪、机器人本体（含各轴）。碰撞检测通常成对启用，例如“焊枪—工件”“焊枪—夹具”“机器人—夹具”。不建议把所有对象两两开启，否则计算量会急剧增加，且容易产生大量无意义的报警。

碰撞体的几何精度可以低于显示模型。例如，焊枪碰撞体可以用简化圆柱和球体组合，夹具定位块可以用包围盒。这样既保证碰撞判断的可靠性，又不会拖慢仿真速度。设置完成后，应手动拖动机器人到几个关键位置，观察碰撞报警是否与实际干涉一致。

五、一个可复用的建模检查清单

完成上述设置后，工件与夹具就具备了参与焊接仿真的基本条件。后续的焊枪姿态调整、焊缝轨迹生成和离线程序导出，都建立在这一步的几何与运动关系之上。若发现轨迹规划时机器人频繁报警或焊枪无法到达焊缝，应优先回到本节检查定位、夹紧和碰撞体设置，而不是直接修改轨迹。