江西理工大学应用科学学院毕业论文设计 第一章 绪论
汽车车身制造是汽车制造业中的一项系统工程，随着我国汽车制造业的飞速发展，对汽车焊装线的需求量巨大，对其质量上的要求也日益提高。汽车车身是经过冲压、焊接、涂装、总装这四个主要工艺过程生产出来的，焊装作为汽车生产的四大工艺之一，其技术、设备、生产布局、自动化水平、柔性化水平等对整个汽车生产的作用至关重要。本文基于UG软件，结合东风渝安汽车有限公司“东风小康车身焊装夹具设计开发工程”项目中汽车微型车前围焊装夹具的设计，通过虚拟设计的思想，同时结合标准化设计，优化设计的理论，针对汽车车身焊装生产线设计的关键技术和难点展开研究。
1.1课题的来源及意义
汽车工业是我国国民经济支柱产业之一，在国民经济发展中有特殊地位和作用，汽车工业能极大地带动和促进其它工业和产业的发展，并且成为显示一个国家工业发达水平的重要标志。随着汽车市场竞争的日益加剧，加快了汽车产品的更新换代步伐，汽车新产品的开发和制造周期越来越短。2006年，国内汽车厂家共推出117款轿车、SUV和MPV新车型。增加新车型冲压模具和焊接工装夹具虽必不可少，但汽车换型最主要的是改造焊接生产线。在汽车制造业中，汽车焊装夹具在汽车焊装线投入中占有相当大的比例，焊装夹具的设计制造直接影响汽车的生产规模、效率和生产质量。
车身焊装是车身制造的重要组成部分，它是将已经冲压成形的车身零件在夹具上定位夹紧后，通过点焊、凸焊、CO2保护焊、钎焊以及粘接工艺（主要是电阻点焊）装配成为白车身的过程。目前，国内的焊接装备生产厂家综合技术实力不足，不具备设计制造高水平的成套焊装线的能力，面对汽车行业的日益激烈的竞争又不允许国内的汽车生产厂家用国产的装备进行试验，只好成套引进，使得国内接装备生产厂家近年来与国外水平的差距越来越大。国内汽车焊接生产水平与国外逐渐接近，而国内焊接装备制造水平与国外差距却逐渐加大，提高我国焊装线及焊装夹具自主设计和制造水平迫在眉睫。
1.2 焊装夹具国内外研究概况
中国的汽车制造业已有50年的历史，只是在近几年中才得到了飞速的发展。相比之下，我国汽车制造业的工艺水平，特别是焊接工装夹具水平，显得越来越不适应这种快速发展速度的要求。这种现象的存在，原因在于在我国机械加工行业的传统习惯中，焊接制造工艺的地位不高。在中国众多的汽车制造生产厂家中，焊接工装夹具通
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江西理工大学应用科学学院毕业论文设计 常采用的是专用工装夹具，它是针对一道或几道特定的焊接工艺而配备的。随着目前汽车生产小批量、个性化的发展趋势，这类工装的使用就越来越受到限制，其设计生产的周期较长，场地占用较大，重复使用率较低的缺点充分的暴露出来。这种现状很大程度制约了我国汽车制造业焊接工艺水平的提高，延长了新车型研发的周期。在世界先进国家的汽车制造业，对广泛使用的焊接工装夹具已经标准化、系列化，设计时进行合理选用即可[1]。
在国内对焊接夹具的系统研究不够重视，汽车焊接夹具的开发设计更是一个薄弱环节。在我国现有的所有引进车型中, 焊接夹具几乎无一例外全部依赖进口。焊接夹具开发的滞后状态严重制约了我国汽车工业的进一步发展。这与国外的技术封锁有关但更主要的是我们重引进轻研究开发重眼前利益, 轻长远打算。我国不少科研部门和制造单位从事了这项有益的作, 如机械工业部第四设计研究院、沈阳牡机制造公司、成都飞机制造公司和一汽、东风等国内著名汽车大集团都是其中的佼佼者。由于国产焊装起点都不高,批量不大,与西方汽车大国相比水平还有待在实践中进一步提高。
在世界先进发达国家，焊接工艺及柔性焊接生产线备受关注，特别是柔性焊装生产线适应不同产量、不同生产率、不同自动化程度、不同工厂环境的特点，柔性生产系统是车身焊装线的主流发展趋势。而且在工业发达国家和汽车大国,焊装的研制开已形成一个相对独立的新兴工业部门焊装的开发与设计已形成子标准化、系列化、通用化人们能够紧随汽车车身车型更新换代的步伐,及时地为新产品提供相应的焊接生产线为汽车厂家早上批量占领市场提供了坚实的技术装备保证,争得了宝贵时间。应该看到汽车焊接夹具是一项利润丰厚的智力型产品,占一个车身车型开发费用的1/6左右。按目前国际上一个轿车车身正常开发费用5000-8000万美元计算,焊接夹具至少占800万美元以上。它真正的材料费用是很低的，大部分是在设计制作费用上。
1.3 夹具设计的基本理论及方法
经过多年的发展,在汽车焊装夹具的分析和设计方面已经形成了较为系统的夹具设计的基本理论。如N-2-1 定位原理，形闭合和力闭合，螺旋理论等。N-2-1 定位原理车用焊装夹具设计属于专用夹具设计的范畴,其中包括定位元件,夹紧元件,连接元件,骨架及紧固元件等基本组成部分,设计中最重要的部分是定位元件的设计,往常设计时大多采用六点定位,即“3-2-1”定位原理。对于车身零件,定位夹具除了具备限制零件刚体运动的基本功能外,还必须能够限制过多的工件变形。如果还是用普通的六点定位的话,工件将因为没有进行可靠的定位而发生定位不准的问题。要对薄板柔性件进行可靠定位,必须有更为有效的夹具设计理论来支持。
“N-2-1”定位原理是一种新的定位原理,该定位原理与广泛应用于刚性件的“3-2-1”定位原理相比更适用于薄板件的定位。我们可以根据“N-2-1”定位原理,
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江西理工大学应用科学学院毕业论文设计 提出夹具优化设计算法,即利用有限元分析和非线性规划方法去找到最优的“N”定位点,以使得薄板件的总体变形最小。
“N-2-1”定位原理认为[2]:
（1）第一基准面上所需的定位点数为N(N≥3)
对绝大部分薄板件加工过程,其最主要的尺寸问题是薄板件法向方向上的变形,甚至其自重所引起的变形就不容忽视。有关分析表明,对一块长宽各400mm,厚1mm的薄板,用“3-2-1”原理定位,在其自重作用下就可能产生1~3mm 的平均变形。因此,对于薄板件而言,最合理的夹具系统是要求其第一基准面上存在多于三个定位点去限制这一方向上的零件变形。
（2） 第二、第三基准面所需的定位点为二个和一个
在第二、第三基准面上分别需要二个和一个定位点去限制薄板件的刚体运动。二个和一个定位点是完全足够的,因为实际加工所产生的力通常不会作用在这两个基准面上,以避免弯曲和翘曲。更进一步的分析表明,第二基准面上的两个定位点应布置在薄板件较长的边上。这是因为当两个定位点间距尽可能大时,零件将更稳定,同时还可以更好的弥补零件表面或定位元件的安装误差。
（3） 禁止在正反两侧同时设置定位点
必须强调禁止在工件正反两侧同时设置定位点,因为甚至极小的几何缺陷都可能导致薄板件相对巨大的挠度和潜在的不稳定或翘曲。
1.4汽车焊装夹具发展趋势
目前，中国汽车有市场两个特点：一是有很高的增长率，二是市场竞争非常激烈。汽车市场的竞争点越来越集中在产品的更新换代上，面对如此快速的产品更新，汽车行业过去采用那种大批量单车型专机生产模式已不太适应当前发展的要求。因此多品种的柔性化生产也越来越多地应用在汽车生产中，概括起来，目前汽车焊装夹具的发展显现以下两方面的特点[3]：
（1）车身焊接夹具设计的智能化趋势
车身焊接夹具的设计受车身零件结构形状、焊接工艺、焊接方法、焊接设备等多种因素的影响和制约，设计周期长，设计工作量大，设计过程复杂，在一定程度上制约了汽车柔性化的发展方向。随着AI技术和CAD技术的飞速发展，探索其结构的特点和规律，建立一个具有零部件库、实例知识库、领域知识库和推理规则的智能化系统，对于提高设计效率，缩短新车型的开发周期具有较大的实用价值。
（2）自动化、柔性化程度普遍提高趋势
汽车制造的个性化、批量化、高效率和对产品质量一致性的要求，使汽车焊装生产线的自动化、柔性化程度日益提高。由于焊接机器人可以提高焊装生产的自动化程
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江西理工大学应用科学学院毕业论文设计 度，减轻操作者的劳动强度，提高生产效率，保证焊接质量，是实现了车身装焊的柔性化、自动化生产方式的有效手段，这样焊接机器人在汽车焊接生产中获得了大量应用。随着机器人自动化成套焊装系统的广泛应用，我国汽车焊装生产线的自动化、柔性化程度将显著提高。
1.5本文主要工作
本文以东风渝安汽车有限公司“东风小康微型车”项目微型车前围总成焊装夹具的设计为基础，对焊装夹具运动机构进行分析，并对前围1序分总成工位夹具方案设计过程进行了探讨和优化设计，对焊点的分布与数量进行分析随后在夹具实际设计过程中进行了验证和应用。
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江西理工大学应用科学学院毕业论文设计 第二章 焊接工艺分析在夹具设计中影响
2.1 焊装夹具的基本概念
把车身冲压件在一定工艺装备中定形、定位并夹紧，组合成车身组件、合件、分总成及总成，同时利用焊接的方法使其形成整体的过程称为装焊过程。焊装过程中所使用的夹具称为焊装夹具 （图2.1）。
图2.1 某工位焊装夹具
2.2 焊接夹具的基本作用与要求
装配焊接是车身制造中的重要环节之一，它直接影响车身质量、生产率和经济性，提高装配精度和焊接质量是车身制造的核心工作。焊装夹具就是为了保证车身的装配精度、提高生产率。
2.2.1焊装夹具的基本作用
（1）给车身的部件定位、夹紧，保证装配精度。
（2）保证焊接工艺能正常进行。（如焊接变位机），保证装焊质量。 （3）减轻劳动强度，提高劳动生产率，改善劳动条件，降低产品成本。
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