資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 SY-025-BY-2 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 指導教師姓名 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是√否 題目名稱 轎車前門內板焊裝夾具設計 一、設計（論文）目的、意義 汽車制造水平對汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關重要的作用，就我國目前我國的汽車生產水平而言，除了從國外引進的一部分先進技術和工裝設備外，整體水平還很低。其中較為突出的是在汽車裝焊工藝方面自動化程度比較低。汽車焊裝夾具可以保證和提高汽車產品質量，提高勞動生產率，改善勞動生產條件，降低產品制造成本，提高裝焊自動化程度。因此汽車焊裝夾具設計水平的提高成為一個提高汽車制造業(yè)水平的有效途徑，受到國內外汽車行業(yè)的廣泛關注。合理的設計焊裝夾具是保證焊接質量、提高勞動生產率、減輕工人勞動強度、降低車身制造成本的根本途徑。 二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法） 設計內容： 1.選題的背景、目的及意義； 2.焊裝夾具設計方法步驟研究； 3.轎車前門內板焊裝工藝分析； 4.焊裝夾具的夾緊位置及定位方式； 5.焊裝夾具結構設計； 6.CAD繪制夾具圖紙； 7.撰寫設計說明書。 技術要求： 1.設計轎車前門內板焊裝夾具； 2.要求：保證加工質量，設計標準化、系列化； 3.生產綱領：成批生產。 三、設計（論文）完成后應提交的成果 CAD繪制轎車前門內板焊裝夾具裝配圖、零件圖折合0號圖紙3張以上，設計說明書15000字以上。 四、設計（論文）進度安排 （1）知識準備、調研、收集資料、完成開題報告 第1～2周（2.28～3.11） （2）整理資料、提出問題、撰寫設計說明書草稿、轎車前門焊裝工藝分析 第3～5周（3.14～4.1） （3）理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題，分析焊裝夾具的夾緊位置及定位方式，焊裝夾具結構設計，CAD繪制夾具裝配草圖等部分設計內容，中期檢查 第6～8周（4.4～4.22） （4）改進完成設計，改進完成設計說明書，指導教師審核，學生修改 第9～12周(4.25～5.20) （5）評閱教師評閱、學生修改 第13周（5.23～5.27） （6）畢業(yè)設計預答辯 第14周（5.30～6.3） （7）畢業(yè)設計修改 第15～16周（6.6～6.17） （8）畢業(yè)設計答辯 第17周（6.20～6.24） 五、主要參考資料 1.楊握銓.汽車裝焊技術及夾具設計.北京理工大學出版社 2.韓根云.汽車車身焊接夾具的設計.新技術新工藝 3.王政，劉萍，焊接工裝夾具及變位機械圖冊.北京：機械工業(yè)出版社 4.黃天澤，黃金陵主編，汽車車身結構與設計.北京：機械工業(yè)出版社 5.陳家起，羅虹，張偉編，汽車車身制造工藝學.重慶：重慶大學出版社 6.盛步云等，虛擬制造系統(tǒng)中汽車覆蓋件焊接夾具設計方法.武漢：武漢汽車工業(yè)大學學報 7.網絡資源，超星數(shù)字圖書館 8.近幾年相關專業(yè)CNKI網絡期刊等 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 本科學生畢業(yè)設計 轎車前門內板焊裝夾具設計 系部名稱： 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Automobile’s Front Door Inner Panel Welding-Installation Fixtures 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 轎車前門內板焊裝夾具設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 學 生 姓 名: 導 師 姓 名: 開 題 時 間: 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 指導教師姓名 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是√否 題目名稱 轎車前門內板焊裝夾具設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1.課題研究現(xiàn)狀 (1)汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著國民經濟的蓬勃發(fā)展，汽車已一躍成為當前極為重要的交通工具。從全世界范圍來看，目前還找不出一個無汽車的現(xiàn)代化社會的先例。改革開放以來，我國的汽車工業(yè)得到較快的發(fā)展，產量，品種，型號日益增多。但由于我國的汽車工業(yè)起步較晚，集團化程度不高，其產量，質量與發(fā)達國家相比還存在較大的差距，因此面臨著國際汽車發(fā)展浪潮的機遇和壓力。 汽車生產制造水平對汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關重要的作用，而汽車產量和質量的提高又涉及到眾多的方面，包括原材料，工藝，工裝設備和管理水平等等。就我國目前汽車生產水平而言，除某些生產廠或合資廠從國外引進一部分先進技術和工裝設備外，不少生產廠生產制造水平很低。較為突出的是在汽車大型覆蓋件的沖壓工藝及模具，汽車裝焊設備及夾具和胎具，汽車涂裝等生產技術方面還很落后，它直接影響著生產規(guī)模，生產效率和生產質量。尤其是汽車裝焊工藝方面自動化程度很低，專業(yè)人才緊缺。汽車工業(yè)在帶動其他各行各業(yè)的發(fā)展中，已日益顯示出極為重要支柱產業(yè)的作用。汽車制造水平對汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關重要的作用，就我國目前的汽車生產水平而言，除了從國外引進的一部分先進技術和工裝設備外，整體水平還很低，其中較為突出的是在汽車裝焊工藝方面自動化程度比較低。 （2）汽車焊裝夾具在汽車車身制造中的發(fā)展 汽車車身是汽車的重要組成部分，是整個汽車零部件的載體，它的重量和制造成本占整車的 40％～60％，它通常是由 300～500 多個具有復雜空間曲面的薄板沖壓。通過裝焊、鉚接和機械聯(lián)接等方法而構成一個完整的車體。其中焊接是最主要的聯(lián)接方法，它直接影響著車身質量、生產率和經濟性。在生產線上有 200 個左右的裝配工作站進行大批量、快節(jié)奏的焊裝生產。焊裝夾具(welding fixture) 就是為保證焊件尺寸，提高裝配效率，防止焊接變形所采用的工藝裝備。汽車焊裝結構生產中裝配和焊接是兩個重要的生產環(huán)節(jié)，完成這兩個環(huán)節(jié)的工藝過程離不開裝配夾具和焊裝夾具。焊裝夾具的種類繁多，因而提高裝配精度焊接質量是車身制造的核心工作。在裝焊過程中，特別是對于具有基準孔的部分，應使用專用夾具或樣板來確定車身的形狀、尺寸和相互位置，以保證裝配精度。一個完整的轎車裝夾定位點達 1700～2500 個，焊點多達 3000～4000 個。其中夾具的定位部分需用車身產品的 CAD 數(shù)模進行數(shù)控加工，使沖壓件在裝配時很好地與夾具定位面相吻合，以利于焊后的車身符合主模型。因此裝焊的質量主要取決于沖壓件的精度、夾具精度以及操作的正確與否。 轎車車身裝配的典型特征之一是柔性薄板沖壓件多工位焊裝。沖壓件偏差和焊裝夾具是影響車身尺寸質量的主要因素。在焊裝過程中，由于薄板剛性差、易變形，為了保證零部件之間正確的相對位置和焊接間隙，必須通過焊裝夾具將其固定。為保證白車身裝配尺寸的準確性，最重要的手段就是正確的工裝定位。汽車焊裝夾具與其他夾具相比，定位單元型面復雜，精度要求高，設計制造難度大。另外，由于汽車零件尺寸大，定位單元無法做成整體結構，一般采用獨立的定位板，安裝在整體底板上。在夾具使用過程中，如果發(fā)生偏移，磨損等現(xiàn)象，將導致零部件扭曲變形，出現(xiàn)定位偏差，引起焊接間隙的變動，最終導致裝配尺寸誤差和構件受力狀態(tài)的惡化，直接影響到白車身的質量。焊裝夾具的功能是為了實現(xiàn)車身零件的正確匹配，工程上通常從裝配精度、縮短制造周期和可調整性等方面來評價汽車焊裝夾具設計的好壞。 （3）國內外汽車焊裝夾具的發(fā)展現(xiàn)狀 圍繞著提高產品裝配精度這個主題，國內外關于焊裝夾具設計的研究主要集中在工件定位的問題上，即選擇最優(yōu)定位點數(shù)并確定他們的最佳位置，以實現(xiàn)工件正確的約束定位。另外在此基礎上應考慮更多的實際因素，例如焊接偏差、工具磨損等，作為新的約束條件來進行更深一步的研究；焊裝夾具可以按照不同的方式來進行分類，按照設計內容包括硬件和軟件的設計，其中硬件包括定位件、夾緊機構、導向裝置和夾具體。軟件包括安裝調試手冊、調整圖等；如果按照設計流程來分，又可以分為概念設計階段、結構設計階段和詳細優(yōu)化設計階段。在汽車焊接流水線上，真正用于焊接操作的工作量僅占 30%～40%，而 60%～70%的工作是輔助和裝夾。焊裝夾具的技術水平往往代表著車身制造工藝水平，在現(xiàn)代制造業(yè)中, 夾具已成為保證產品質量、實行全面質量管理的重要手段, 在新產品的研制過程中, 夾具對縮短研制周期起著重要作用。夾具的標準化、精密化和柔性化是夾具發(fā)展的主要趨勢, 也是實現(xiàn)產品更新?lián)Q代和老產品改造的需要。 目前，在汽車制造業(yè)中，車身制造質量最好的是日本，其次是德國和美國，與他們相比，我國在這方面存在著較大差距，而工裝設計制造水平不高是其中重要的原因。因此提高工裝設計與制造水平特別是焊裝夾具設計與制造水平是急需解決的問題。 2.選題目的和意義 汽車焊裝夾具多用于焊接薄板，對于薄板沖壓件，夾緊力作用點要作用在支承點上，只有對剛性很好的工件才允許作用在幾個支承點所組成的平面內，以免夾緊力使工件彎曲或脫離定位基準。夾緊力主要用于保持工件裝配的相對位置，克服工件的彈性變形，使其與定位支承或導電電極貼合，對于 1.2mm 厚度以下的鋼板，貼合間隙不大于 0.8mm，每個夾緊點的夾緊力一般在 300-750N 范圍內；對于 1.5-2.5mm 之間的沖壓件，貼合間隙不大于 1.5mm,每個夾緊點的夾緊力在500-3000N 范圍內。因裝夾是在焊裝夾具上完成的，所以夾具在整個焊接流程中起著重要作用。在焊接過程中，合理的夾具結構，有利于合理安排流水線生產，便于平衡工位時間，降低非生產用時。對具有多種車型的企業(yè)，如能科學地考慮共用或混合型夾具，還有利于建造混合型流水線，提高生產效率。 汽車焊裝夾具是對車身沖壓零件進行裝配焊接的專用工藝裝置，是汽車制造過程中直接影響產量、質量的關鍵設備。合理的設計焊裝夾具是保證焊接質量、提高勞動生產率、減輕工人勞動強度、降低車身制造成本的根本途徑。汽車焊裝夾具可以保證和提高汽車產品質量，提高勞動生產率，提高裝焊自動化程度。因此汽車焊裝夾具設計水平的提高成為一個提高汽車制造業(yè)水平的有效途徑，受到國內外汽車行業(yè)的的廣泛關注。保證焊件質量，生產效率高，使用安全可靠，制造成本低等這些要求，在夾具設計時應盡可能的促其實現(xiàn)，實際上這些要求已經成為評定夾具設計優(yōu)劣的標準?？偠灾囇b焊夾具在汽車制造技術中處著舉足輕重的地位，因此設計出合理而先進的焊裝夾具對汽車工業(yè)的發(fā)展有著實際的意義。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 1.設計（論文）的基本內容 (1)選題的背景、目的及意義；(2)焊裝夾具設計方法步驟研究；(3)轎車前門內板焊裝工藝分析；(4)焊裝夾具的夾緊位置及定位方式；(5)焊裝夾具結構設計；(6)CAD繪制夾具圖紙。 2.擬解決的主要問題 (1)焊接工藝的分析； (2)工件定位夾緊方式的確定； (3)夾具單元的布置方案。 三、技術路線（研究方法） 分析任務書和設計資料 轎車前門內板焊裝工藝分析 夾具設計的技術條件 車門的材料 裝配焊接夾具的設計要求 焊點布置原則 結構開敞性 裝配焊接夾具的分類 焊接接頭型式 精度合理性 夾具的設計基準 完成設計說明書 定位元件及夾緊元件 基板 旋轉及翻轉機構 完成裝配圖和零件圖 四、進度安排 （1）知識準備、調研、收集資料、完成開題報告 第1～2周（2.28～3.11） （2）整理資料、提出問題、撰寫設計說明書草稿、轎車前門焊裝工藝分析 第3～5周（3.14～4.1） （3）理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題，分析焊裝夾具的夾緊位置及定位方式，焊裝夾具結構設計，CAD繪制夾具裝配草圖等部分設計內容，中期檢查 第6～8周（4.4～4.22） （4）改進完成設計，改進完成設計說明書，指導教師審核，學生修改 第9～12周(4.25～5.20) （5）評閱教師評閱、學生修改 第13周（5.23～5.27） （6）畢業(yè)設計預答辯 第14周（5.30～6.3） （7）畢業(yè)設計修改 第15～16周（6.6～6.17） （8）畢業(yè)設計答辯 第17周（6.20～6.24） 五、參考文獻 [1]楊握銓.汽車裝焊技術及夾具設計.北京理工大學出版社，1996. [18]雷玉成，于治水.焊接成型技術.化學工業(yè)出版社，2004. [19]張迪妮.先進制造技術[M]. 北京大學出版社，2006. [3]王政，劉萍.焊接工裝夾具及變位機械圖冊.北京：機械工業(yè)出版社，2006. [4]黃天澤.黃金陵主編，汽車車身結構與設計.北京：機械工業(yè)出版社，2005. [5]宋曉琳.汽車車身制造工藝學. 北京理工大學出版社，2006. [6]成大先主編.機械設計手冊，第五版，第一卷，北京：化學工業(yè)出版社，2008. [7]聞邦椿主編.機械設計手冊，第五版，第一卷，北京：機械工業(yè)出版社，2010. [8]胡敏.轎車車體裝偏差研究方法綜述[J]. 汽車與配件, 2007, (34) _2 . [9]史豐榮，韓華偉，周維華等.焊裝夾具方案設計智能CAD技術研究 [J] .中國工程機械學報， 2010，08 (2) . [10] 莫澤文，劉俊華，池源等.柔性焊裝夾具的設計及制造 [A] . 2008年中國汽車工程學會年會論文集[C] .2008 . [12]姚春玲，張俊華.汽車車身焊裝夾具的三維設計.制造也自動化，2009，7（31）. [13]呂毅，周華.汽車焊接拼臺上的氣路系統(tǒng)設計及管路布置淺談 [J].裝備制造技術，2008，(3) _4. [14]徐杰，雷剛.轎車車門焊點布置優(yōu)化設計及仿真分析[A].重慶工學院學報，2009，23（11）. [15]林忠欽.汽車車身制造質量控制技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005. [16]席升印.基于實例的車身總拼柔性夾具方案設計研究[碩士學位論文].上海;上海交通大學，2008. [16]汪文芳.轎車車身尺寸控制與夾具工藝設計分析[碩士學位論文].武漢;武漢理工大學，2010. [17]佟靜.RPS 理論在車門上的應用[碩士學位論文].吉林;吉林大學，2003. [2] 王毅，楊建國等.可重構新型汽車車身焊接夾具設計 [J] .機械設計與制造，2008，(9) _2. [20]Ceglarek, D., W. Huang, S. Zhou, Y. Ding, R. Kumar, and Y. Zhou., "Time-Based Competition in Multistage Manufacturing: Stream-of-Variation Analysis (SOVA) Methodology—Review." InternationalJournal of Flexible Manufacturing Systems ,2004 ,16: 11～44. 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 附 錄 附錄A 英文文獻 On Welding-Installation Fixtures Design of Sheet Stamping Abstract: Due to forming error and compliance of stamp-ing, the fixture design of sheet stamping assembly is different from the fixture design of common machining component. In recent years, the new principles and algorithms of fixture design of sheet stamping have been developed. In the paper, the concept of shape closure and force closure, screw theory were firstly introduced. Secondly, the deterministic locating and total fixturing conditions were derived. Thirdly, an “N-2-1”locating principle and optimal design method for sheet stamping were described. Finally, the varia-tional method of robust fixture configuration design for 3-D workpieces was discussed. It can be predicated that the locating error can be reduced by this method. Key Words: Fixture; Sheet Stamping; Optimal Design; Ro-Bust Design Due to its high productivity and material utilization, stamping is widely used in automobiles, aircraft, and various household appliances manufacturing industry. The welding assembly of stamping becomes the key process of those products manufacturing, because welding fixture not only affects the performance of productivity, but also is directly related to the quality of the product. Statistics from the U.S. auto industry show that 72% of the body manufacturing errors are from the position error of welding fixture, so how to effectively reduce and control the positioning error is essential to improve the welding quality. Sheet stamping assembly is significantly different from general machining, which not only meets the common requirements of precise positioning, but also gives full consideration to the easy deformation of sheet metal parts and stamping manufacturing characteristics of large deviations to adapt the products’ quality requirements. Over the last decade, many scholars working in the design of sheet stamping assembly have proposed design theories and methods of some new sheet stamping assembly, and achieved remarkable results. At first, this paper introduces the research progress of fixture design, and then systematically elaborates the N-2-1 locating principle of fixture and the methods of optimal design and robust design, finally makes the conclusion. Manufacturing process (such as machining, welding, assembly and testing, etc.), the fixture is used in three-dimensional positioning and clamping device. The central problem of fixture design is to choose the optimal positioning points and determine their best position to achieve the determine constraints positioning of work piece. If the work piece can be full restriction depending on the geometry of contact area will, we called it "shape closed"; If it also have to be fully bound with friction, we called it "force closure." Generally, shape closure stresses dynamic analysis, but force closure focuses on the work piece of static stability. In 1885, Reuleaux first studied the mechanism of two-dimensional objects’ shape closure, and proved that the formation of two-dimensional objects’ shape closure need four anchor points [2]. After that Somoff proved the formation of three-dimensional objects’ shape closure need seven anchor points. In 1978, Lakshminarayana [3] further proved the formation of three-dimensional objects’ shape closure need at least seven anchor points in the perspective of static equilibrium using algebraic theory In 1988, Nguyen researched the mechanism of the machine hand’s force closure [4], and in 1989 Asada and Kitagawa [5] researched the machine hand’s shape closure which used for convex and concave parts Generally six positioning principles requires clamping force to make work piece fully constrained, so usually it is force closure. Over the last decade, the "spiral theory” widely used in fixture design, which describes the three-dimensional motion as translating along one direction and rotating around this axis. Originally spiral theory proposed by Ball [6], and developed by literature [7] and [8]. According to spiral theory, literature [9] studied seven different types of finger contact, and suggested using finger-like shape to completely fix objects. Literature [10] using the extended spiral theory analyzed that rigid body’s full or part restriction exist frictional clamp. Literature [11] proposed mathematical theory of fixture’s automatic layout for prismatic work pieces. Literature [12] discussed the ability of different fixtures position contact preventing work pieces from spiral movement, and proposed a restrict method of work piece movement for the fixture design. Using small spiral model literature [13] discussed the positioning errors of fixture impact work pieces’ geometry accuracy. Literature [14] researched surface contact and friction problems in the analysis of fixture restriction. Considering dynamic constraints, completely clamping, and tool path errors, literature [15] developed fixture design and analysis software. It can be said that spiral theory of fixture design has been used for determining position, full clamping, contact type, and friction problems and achieved remarkable results. Lots of literatures focus on the fixture design of rigid pieces, but the fixture design of flexible sheet pieces is rarely involved, especially considering the deformation of the work piece under processing loads is almost none. In fact, as in the aviation industry and the automotive industry, the deformation of sheet may result in serious bias. For easily deformed sheet, positioning fixture not only has basic functions that limiting rigid body motion, but also must be able to limit excessive deformation of the work piece. The research that earlier considering the rigidity of work pieces or fixture positing cell will be found in the literature [16] based on the experimental results they studied fixture stiffness and wear’s effects on the size accuracy. Literature [17] proposed a finite element model of the fixture system for flexible positioning fixture, and the power in process of processing can be seen as the force acting on the node. Based on this model, you can calculate the deformation of the work piece, the clamping force, stress distribution and friction between the work piece and fixture positioning unit’s contact points can be calculated by Coulomb's law. Although by considering the deformation of the work piece and the finite element analysis this area have been promoted, but it has neither proposed any specific positing principle, nor proposed positioning scheme for flexible sheet. In addition, this model does not combine the finite element analysis results of the work piece with the fixture design; it is more than the analysis of the work piece other than fixture design. Literature [18] proposed a analysis method of sheet fixture positing, they studied the fixture positioning system using the case and flat three-point and four-point to posit, so the fixture layout must make the stress in the work pieces below the yield stress. However, this method does not solve the essential problem of sheet fixture, because reducing deformation is the key to the positioning of sheet. Based on literature [17], literature [19] continued further study, that using the finite element modeling to choose fixture layout makes the deformation minimum in the first base-level. To determine the optimal fixture layout, using quasi-Newton optimization algorithm makes the deformation squares on the finite element mesh of the key nodes minimum. Design variables are the three anchor points on the first base required by "3-2-1" principle. Sheet stamping assembly fixtures are widely used in automobiles, aircraft and household appliances industries, whose design quality directly affects the entire product manufacturing deviations. Due to sheet metal stamping’s characteristic of flexibility and manufacturing variations, the principle of traditional fixture design can not meet the design requirements, although the research of fixture design is already quite mature and the positioning principle of rigid part and the "spiral theory" has been in-depth study. "N-2-1" Location principle, for the characteristic of easy deformation on the horizontal of Sheet Metal Stamping, presents that when the number of anchor points is more than 3 in the first base surface, position effect depends not only on the number of anchor points, but also on the arrangement of the anchor points. Apart from that, it proposes the finite element analysis and the design of nonlinear programming method of the anchor, which provides theoretical basis and design methods for the design of sheet welding fixture. Because of the larger manufacture size deviation of sheet metal parts and the remarkable effect of the choice of anchor position for position deviation, robust fixture design can significantly improve the positioning error. Therefore, during the design of sheet welding fixture, implementing the "N-2-1" location principle and robust design method is extremely important. It has been proved to have a multiplier effect. References [1]　Li B, Tang H, Yang X,et al.Quality Design of Fixture Planning for Sheet Metal Assembly [ J ].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2007,32 (7-8):690-697. [2]　Ceglarek D, Shi J. Dimensional Variation Reduction for Automotive Body Assembly [J].Manufacturing Review, 1995,8(2):139-154. [3]　Ceglarek D, Shi J. Fixture Failure Diagnosis for Autobody Assembly Using Pattern Recognition[J].ASME Journal of Engineering Industry,1996,118(1):55-66. [4]　Apley D, Shi J. 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Vol.26, No.4(2009) 附錄B 文獻翻譯 薄板沖壓件焊裝夾具設計方法 摘　要:由于薄板沖壓件的易變形性和制造誤差特征,薄板焊裝夾具設計顯著區(qū)別于普通機械加工工件定位夾具。本文首先介紹了夾具設計的形閉合與力閉合概念、螺旋理論的發(fā)展,給出了確切定位和完全夾緊條件;然后,重點闡述了面向薄板沖壓件焊裝夾具設計的“N-2-1”定位原理和夾具的優(yōu)化設計方法;最后分析了夾具的穩(wěn)健性設計方法?？梢灶A料,采用該方法可有效地減少和控制定位誤差的影響。 關鍵詞:夾具;薄板沖壓件;優(yōu)化設計;穩(wěn)健設計 沖壓加工以其較高的生產率和材料利用率,廣泛應用于汽車、飛機和各種家用電器制造工業(yè),沖壓件的焊接裝配成為上述產品制造的關鍵工序,焊裝夾具的性能不僅影響到生產率,而且直接關系到產品的質量。美國汽車工業(yè)的統(tǒng)計表明[1],72%的車身制造誤差源于焊裝夾具定位誤差,因此如何有效地減少和控制定位誤差的影響,對提高焊裝質量至關重要。薄板焊裝夾具與通用的機加工夾具存在顯著的差別,它不僅要滿足精確定位的共性要求,還要充分考慮薄板沖壓件的易變形性和沖壓制造偏差較大的特征,以適應于產品的高質量要求。近十幾年來,許多學者在薄板焊裝夾具的設計上開展了大量工作,提出了一些新型的薄板沖壓件焊裝夾具的設計理論和方法,取得了顯著效果。本文首先介紹夾具設計方法的研究進展,然后系統(tǒng)地闡述夾具的N-2-1定位原理、優(yōu)化設計及魯棒性設計方法,最后給出本文的結論。 制造過程(如加工、焊接、裝配和檢測等)中,夾具是用于在三維空間定位和夾緊工件的設備。夾具設計的中心問題就是選擇最優(yōu)定位點數(shù)并確定它們的最佳位置,以實現(xiàn)工件的確定約束定位。如果工件依靠接觸區(qū)域幾何形狀便可完全約束,稱為“形閉合”;如果還必須借助摩擦才能完全約束,則稱為“力閉合”。通常形狀閉合強調動態(tài)分析,而力閉合則研究工件的靜態(tài)穩(wěn)定。1885年,Reuleaux首先研究了二維工件的形閉合機制,證明了形成二維物體的形閉合必需四個定位點[2]。之后,Somoff證明三維物體的形閉合需要七個定位點,1978年,Lakshminarayana[3]從靜態(tài)平衡角度利用代數(shù)理論進一步證明了三維工件的形閉合至少需要七個點。1988年,Nguyen研究了機器手力閉合機制[4],而Asada和Kitagawa[5]于1989年研究了用于凸形和凹形工件的機器手的形閉合。通常的六點定位原理一般地需要夾緊力將工件完全約束,因此常常是力閉合。 近十幾年來,“螺旋理論”廣泛流行于夾具設計中,螺旋理論將三維工件的三維空間運動描述為沿某一方向的平移和繞這一軸線的轉動。最初由Ball[6]提出,并得到文獻[7]和文獻[8]的發(fā)展。根據螺旋理論,文獻[9]研究了七種不同類型的指狀接觸,并建議用指狀外形去完全固定夾緊物體。文獻[10]利用擴展的螺旋理論就剛體的全部或局部約束分析了有摩擦夾緊。文獻[11]提出了用于棱柱形工件的加工夾具自動布置的數(shù)學理論。文獻[12]討論了各夾具定位接觸阻止工件相互螺旋運動的能力,提出了一種用于夾具設計的工件運動約束方法。文獻[13]利用小螺旋模型考慮了夾具定位誤差對工件幾何精度的影響。文獻[14]在夾具約束分析中研究了表面接觸和摩擦問題。文獻[15]開發(fā)出了考慮動態(tài)約束、完全夾緊和刀具路徑偏差的夾具設計和分析軟件?？梢哉f,夾具設計的螺旋理論已經用于處理確定定位和完全夾緊問題、定位質量、接觸類型和摩擦等問題,并取得了明顯成績。 大量的文獻集中論述了剛性件的夾具設計,但關于薄板柔性件的夾具設計研究很少涉及,特別是考慮加工載荷作用下工件變形的夾具設計的研究幾乎沒有。實際上,象在航空工業(yè)和汽車工業(yè),薄板變形可能導致嚴重的尺寸偏差。對于易變形薄板,定位夾具除了具備限制零件剛體運動的基本功能外,還必須能夠限制過多的工件變形。較早考慮工件或夾具定位單元剛性的研究見于文獻 [16],他們根據實驗結果研究了夾具剛度和磨損對尺寸精度的影響。文獻[17]提出了一種用于柔性定位夾具的夾具系統(tǒng)分析的有限元模型,加工過程中的加工力可看作是作用于節(jié)點的力?；谠撃Ｐ?可以計算出工件變形、夾緊力和應力分布,可運用庫侖摩擦定律去計算工件與夾具定位單元間接觸處的摩擦力。雖然通過考慮工件變形和有限元分析推動了這一領域,但它既沒有提出任何一種具體的定位原理,也沒有為具有柔性的薄板提出一種定位方案。此外,這種模型并沒有將工件的有限元分析結果同夾具設計規(guī)范聯(lián)系起來,它更多的是工件的分析而不是夾具設計。文獻[18]提出了一種薄板夾具定位分析的方法,他們研究了用于平板和殼體的三點和四點夾具定位系統(tǒng),夾具布置必須使得工件中的應力低于材料的屈服應力。然而,這種方法并沒有解決薄板夾具的本質問題,因為減小變形是薄板件定位的關鍵所在。文獻[19]在文獻 [17]的基礎上進行了更深入的研究,利用有限元建模選擇使得工件在第一基準面法向的變形最小的夾具定位布置。為確定最佳夾具定位布置,利用擬牛頓優(yōu)化算法使有限元網格上的關鍵節(jié)點的變形的平方和最小。設計變量是“3-2-1”定位原理所要求的第一基準面上的三個定位點。 薄板沖壓件焊裝夾具廣泛應用于汽車、飛機及家用電器等工業(yè),焊裝夾具的設計質量直接影響到整個產品的制造偏差。由于薄板沖壓件的柔性和制造偏差特征,傳統(tǒng)的夾具設計原理不能滿足薄板沖壓件的設計要求,盡管夾具設計研究已經相當成熟,剛性零件的定位原理和“螺旋理論”得到了深入研究?！癗-2-1”定位原理針對薄板沖壓件在橫向上的易變形特征,提出了在第一基面上的定位點數(shù)目大于3,定位效果不僅取決于定位點的數(shù)目,而且取決于定位點的布置形式,并提出了采用有限元分析與非線性規(guī)劃的定位點設計方法。為薄板沖壓件焊裝夾具的設計提供了理論基礎和設計方法。由于薄板沖壓件的制造尺寸偏差較大,定位點位置的選擇對定位偏差的影響更明顯,夾具的穩(wěn)健設計可顯著地改善定位誤差。因此,在薄板焊裝夾具設計過程中,貫徹“N-2-1”定位原理和穩(wěn)健性設計方法是極為重要的,實踐證明,可以收到事半功倍的效果。 8