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畢業(yè)設(shè)計開題報告
設(shè)計（論文）題目: 汽車車輪輪罩焊裝夾具設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通學院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-2班
學 生 姓 名: 李加林
導 師 姓 名: 石美玉
開 題 時 間: 2011年3月11日
指導委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計開題報告
學生姓名
李加林
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛工程07-2 班
指導教師姓名
石美玉
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
汽車車輪輪罩焊裝夾具設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、課題研究現(xiàn)狀
國內(nèi)外對汽車焊裝夾具的設(shè)計進行了多方面的研究，1988年，Youcef-Toumi等人提出一種關(guān)于薄板鋼件的夾具分析的方法,研究了用于平板和殼體的三點和四點夾具定位系統(tǒng)，該方法沒有考慮薄板變形減少問題；1991年，Menassa和DeVies提出基于“3-2-1”定位方案的使工件第一基準面法向變形量最小的夾具定位布置，但沒有考慮夾具的特征；1996年,Cai、Hu和Yuan在采用變分法確定傳統(tǒng)“3-2-1定位”夾具定位點位置的基礎(chǔ)上,針對柔性車身薄板零件易變形的特點提出了“N-2-1定位”法,在薄板件法方向即第一基準面應用多于3個定位點來限制工件多余變形，利用有限元分析和非線性規(guī)劃方法找到最優(yōu)的定位點數(shù)“N”。陳猛，郭鋼等人在2001年提出汽車焊接夾具CAD系統(tǒng)的設(shè)計目標并開發(fā)了三維汽車焊裝夾具CAD系統(tǒng)；周至強、羅來軍和林忠欽在2002年采用模塊化設(shè)計和參數(shù)化設(shè)計技術(shù)開發(fā)了汽車覆蓋件焊裝夾具設(shè)計參數(shù)庫等；歲波等在2003提出采用樹狀模型與關(guān)系模型來描述車身裝焊工藝信息的混合建模方法，并在此數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上借助人機交互式三維仿真平臺，建立了白車身虛擬裝焊可視化工藝信息模型；2005年，劉海江，羅生斌針對國內(nèi)汽車企6華中科技大學碩士學位論文業(yè)中白車身焊接機器人作業(yè)順序不合理的問題，采用啟發(fā)式的節(jié)約算法，有效的解決了機器人規(guī)劃中的最短路問題，實現(xiàn)了機器人路徑的優(yōu)化；2006年，熊曉萍等提出將知識工程技術(shù)引入到傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)中，有效地支持車身焊接夾具智能化CAD技術(shù)的快速實現(xiàn)。
（1）計算機輔助夾具設(shè)計
計算機輔助汽車焊裝夾具設(shè)計是最早的把計算機應用于汽車焊裝夾具設(shè)計工作的階段，但目前仍有不少焊裝夾具設(shè)計企業(yè)應用這種設(shè)計方法。應用這種設(shè)計方法時，計算機本身沒有任何智能行為，僅僅是一種輔助工具。設(shè)計夾具的經(jīng)驗和知識靠設(shè)計人員來掌握。夾具的檢測、調(diào)整等工作也由專業(yè)人員來完成。
（2）交互式夾具設(shè)計
最初的交互式設(shè)計系統(tǒng)是由設(shè)計人員簡單應用CAD軟件的圖形功能，建立一個標準夾具元件數(shù)據(jù)庫，設(shè)計者根據(jù)經(jīng)驗選擇元件，并裝配成夾具。隨后開發(fā)的CAFD系統(tǒng)建立了定位方法選擇、工件信息檢索等模塊，大大提高了CAFD系統(tǒng)的實用性。這些都是基于二維平臺開發(fā)的。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，三維繪圖成了計算機輔助設(shè)計的有力工具。多數(shù)三維繪圖軟件都建立了標準件庫，同時允許用戶建立自己的元件庫。這為交互式夾具設(shè)計提供了更好的平臺。
交互式夾具設(shè)計步驟以傳統(tǒng)夾具設(shè)計步驟為基礎(chǔ)。首先根據(jù)工件特征、工序信息及夾具信息，調(diào)用有關(guān)的程序和數(shù)據(jù)協(xié)助技術(shù)人員來完成夾具的定位方案、導向方案、夾緊方案的設(shè)計，并通過人機交互的方式完成各功能元件和部件的選擇和設(shè)計。然后進入三維繪圖環(huán)境，采用人工交互的方式進行參數(shù)化驅(qū)動，以獲得尺寸滿足要求的零件和部件，裝配后繪出裝配圖和零件圖。
交互式夾具設(shè)計系統(tǒng)適合于開發(fā)新產(chǎn)品和需要加工新工件、沒有已有夾具信息可以利用的情況。對于大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)來說，待加工的工件相似性高，因此要設(shè)計的夾具只需要在尺寸或結(jié)構(gòu)上進行部分修改，這就使夾具設(shè)計中重復性工作多，需要繁瑣的人工繪圖工作。如何充分利用已有夾具信息成為CAFD系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
（3）基于成組技術(shù)的焊裝夾具設(shè)計
成組技術(shù)（GT）是上個世紀50年代由前蘇聯(lián)學者c.n米特洛夫首先提出來的，當時稱作“成組加工”，主要用于機械零件的機加工。60年代中期，英國的Burbidge提出了生產(chǎn)流程分析原理，以找到工藝相似的零件組，建立與之對應的制造單元，從而使企業(yè)的物流路線和生產(chǎn)流程更趨合理。由此而使成組工藝進一步發(fā)展成為一種把生產(chǎn)技術(shù)與組織管理揉合成一體的綜合技術(shù)即成組技術(shù)。它是將工程技術(shù)與管理技術(shù)集于一體的生產(chǎn)組織管理方法，它利用產(chǎn)品零件間的相似性對零件分類成組，然后根據(jù)每組零件所特有的相似特征為同組零件找出相對統(tǒng)一的最佳處理方法，從而在基本不改變原有工藝和設(shè)備的條件下，取得提高效率、節(jié)省資源、降低生產(chǎn)成本的目的。該設(shè)計方法是通過成組技術(shù)的編碼系統(tǒng)，對夾具庫中原有的相似的夾具單元做相應的調(diào)整，從而適應新的工作的加工要求。若無法選擇相似的夾具時，就可以使用生成式夾具設(shè)計方法，產(chǎn)生新的夾具設(shè)計方案，將新產(chǎn)生的夾具編碼添加到夾具庫中，為下次設(shè)計作參考用。
（4）可重構(gòu)焊裝夾具設(shè)計
上世紀末，一些學者提出了可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS，ReconfigurableManufacturingSystem）其關(guān)鍵技術(shù)是可重構(gòu)生產(chǎn)技術(shù)，追求的目標是快速響應市場、占有市場，可重構(gòu)制造系統(tǒng)是一種能適應市場需求的產(chǎn)品變換，按系統(tǒng)規(guī)劃的要求，以重排、重復利用、革新組元或子系統(tǒng)的方式，快速調(diào)整制造過程、制造功能和制造生產(chǎn)能力的一類新型可變制造系統(tǒng)。它是基于可利用的現(xiàn)有的或可獲得的新設(shè)備和其他組元、可動態(tài)組態(tài)的新一代制造系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)的區(qū)別在于：企業(yè)可隨時根據(jù)產(chǎn)品變化，由產(chǎn)品工藝過程變化驅(qū)動、快速進行組態(tài)規(guī)劃和重構(gòu)。
焊裝夾具結(jié)構(gòu)可重構(gòu)化設(shè)計的關(guān)鍵是對焊裝夾具零部件進行標準化、通用化、系列化，以及采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)設(shè)計。焊裝夾具的重構(gòu)大部分工作是將標準化元件重新組合的過程，也就是將焊裝夾具中普遍具有不同功能的元件，如定位塊、支架、壓緊塊支架、導向座、工作臺、工作臺支架等抽出來，預先設(shè)計成通用的標準化系列元部件，在重構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計者根據(jù)需要調(diào)用這些元部件任意組合構(gòu)成一套夾具。一套夾具重構(gòu)設(shè)計是否合理，主要取決于設(shè)計者的組合水平，更主要的是通用化標準元件的編制設(shè)計程度，編制越多越細，設(shè)計時越得心應手。設(shè)計者的組合水平是焊裝夾具重構(gòu)設(shè)計的成敗的關(guān)鍵，標準化元部件是焊裝夾具設(shè)計的基礎(chǔ)，兩者互為因果、不可偏費。
汽車焊裝夾具的重構(gòu)可分為3個步驟：夾具重構(gòu)方案設(shè)計；夾具元部件設(shè)計；夾具重構(gòu)組裝與評價。
汽車焊裝夾具可重構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)研究有以下幾點：
（i）焊裝夾具重構(gòu)定位可靠性設(shè)計方法。
（ii）焊裝夾具工程數(shù)據(jù)庫的建立。
（iii）焊裝夾具元部件標準化設(shè)計。
（iv）焊裝夾具重構(gòu)設(shè)計方案與綜合評價。
2、選題的目的和意義
汽車車身制造是汽車制造業(yè)中的一項系統(tǒng)工程，隨著我國汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，對汽車焊裝線的需求量巨大，對其質(zhì)量上的要求也日益提高。汽車車身是經(jīng)過沖壓、焊接、涂裝、總裝這四個主要工藝過程生產(chǎn)出來的，焊裝作為汽車生產(chǎn)的四大工藝之一，其技術(shù)、設(shè)備、生產(chǎn)布局等對整個汽車生產(chǎn)的作用至關(guān)重要。汽車焊裝夾具在汽車焊裝線上占有相當大的比例，焊裝夾具的設(shè)計制造直接影響汽車的生產(chǎn)規(guī)模、效率和生產(chǎn)質(zhì)量。
近年來，汽車工業(yè)的技術(shù)進步非?？?。各汽車廠家為了在激烈的市場競爭中生存下來，不斷推出具有高技術(shù)含量的新產(chǎn)品。計算機控制的高自動化水平的無人焊裝線在國外先進的汽車廠已普遍采用，上下料為自動輸送機和機器人，車身全部是機器人焊接，生產(chǎn)人員主要從事質(zhì)檢、維護和管理工作。電弧釬焊工藝取代了二氧化碳電弧焊。車身焊裝是車身制造的重要組成部分，它是將已經(jīng)沖壓成形的車身零件在夾具上定位夾緊后，通過點焊、凸焊、CO2保護焊、釬焊以及粘接工藝（主要是電阻點焊）裝配成為白車身的過程。目前，國內(nèi)的焊接裝備生產(chǎn)廠家綜合技術(shù)實力不足，不具備設(shè)計制造高水平的成套焊裝線的能力，面對汽車行業(yè)的日益激烈的競爭又不允許國內(nèi)的汽車生產(chǎn)廠家用國產(chǎn)的裝備進行試驗，只好成套引進，使得國內(nèi)焊接裝備生產(chǎn)廠家近年來與國外水平的差距越來越大。國內(nèi)汽車焊接生產(chǎn)水平與國外逐漸接近，而國內(nèi)焊接裝備制造水平與國外差距卻逐漸加大，提高我國焊裝線及焊裝夾具自主設(shè)計和制造水平迫在眉睫。
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
設(shè)計的基本內(nèi)容：
1.選題的背景、目的及意義；
2.焊裝夾具設(shè)計方法步驟研究；
3.汽車車輪輪罩焊裝工藝分析；
4.焊裝夾具的夾緊位置及定位方式；
5.焊裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計；
6.CAD繪制夾具圖紙；
7.撰寫設(shè)計說明書。
擬解決的主要問題：
1.夾具的定位方式及夾緊位置;
2.夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計；
3.CAD繪制夾具圖紙。
三、技術(shù)路線（研究方法）
確定輔助機構(gòu)
確定定位基板
確定定位裝置
撰寫設(shè)計說明書
CAD繪制夾具圖紙
確定定位基準
定位方式設(shè)計
夾緊方式設(shè)計
夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計
焊裝夾具方案設(shè)計
焊裝工藝分析
工件工藝分析
查閱資料，前期準備
分析設(shè)計任務書
確定夾緊機構(gòu)
四、進度安排
（1）知識準備、調(diào)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、撰寫說明書草稿、汽車車輪輪罩焊裝工藝分析 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(jié)構(gòu)設(shè)計，CAD繪制夾具裝配草圖等部分設(shè)計內(nèi)容，中期檢查 第6～8周（4.4～4.22）
（4）改進完成設(shè)計，改進完成設(shè)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(shè)計預答辯 第14周（5.30～6.3）
（7）畢業(yè)設(shè)計修改 第15～16周（6.6～6.17）
（8）畢業(yè)設(shè)計答辯 第17周（6.20～6.24）
五、參考文獻
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81-85.
六、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日