基于实例的车身总拼柔性夹具方案设计研究

论文摘要

轿车车身由400多个冲压件在70～90余套焊接夹具装配而成,其中车身总拼夹具是关系到车身装配精度和生产能力的关键。随着车型更新换代速度不断加快和开发成本下降,车身总拼夹具面对柔性化、模块化以及可重构等新技术的挑战。目前我国轿车企业车身总拼焊装夹具的开发90%以上依靠国外供应商,开发周期长、投资大,是我国轿车产品自主开发能力提升中的重要问题,开展车身总拼柔性夹具设计技术的研究具有重要意义。本文结合国内外研究技术趋势,对夹具定位、零件柔性装配特征和基于实例的设计理论开展研究,通过综合分析上海大众汽车各车型总拼焊装夹具方案设计的技术特点,形成车身总拼柔性焊装夹具的设计和优化方法,在此基础上对某轿车新车型（代号:Modell-Y）进行了样车试制过程总拼柔性焊装夹具方案的设计和优化,并在实际生产中进行应用。本文首先研究总结了有关轿车车身制造和焊装夹具结构设计的基础理论,包括典型定位夹紧机构设计、N-2-1定位原理和基于最小变形的夹具定位点优化等。通过实例分析提出了车身柔性零件的主要焊装特征:几何特征、位置特征和装配特征,指出车身零件的几何特性和装配特性决定了所采用的焊装夹具的种类和构形。在此基础上,构造了基于实例的车身焊装夹具方案设计方法、流程及其索引、检索和重用机制。在基于实例设计的思想指导下,本文从车身总拼对夹具设计要求的技术分析出发,研究白车身总拼统一基准（RPS）、功能尺寸（FDS）等总拼夹具技术需求特点,并对上海大众汽车Passat、Polo、Touran、Octavia等各种车型的车身总拼夹具方案设计实例进行了全面的分析比较,为后续新车型总拼夹具开发中基于实例的设计奠定了基础。最后,本文将理论和工程研究成果进行了总结,并针对上海大众新车型MODELL-Y的车身总拼试制柔性夹具进行了应用。在应用中,本文从该车型车身总拼特点分析入手,结合相关实例对比,对总拼夹具方案基本夹具单元设计、基本单元布局优化和夹具可重构性设计等进行了系统优化设计,并在实际开发和制造中进行了成功的应用,降低开发成本超过50%,取得了显著的经济效益。本文的研究工作为上海大众汽车车身焊装柔性夹具设计和制造积累了很好的经验,对于促进我国汽车车身柔性焊装夹具设计技术发展提供了有益的工程借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 课题目的和意义
• 1.2 焊装夹具设计研究和开发流程现状
• 1.2.1 夹具的系统设计方法
• 1.2.2 夹具的定位夹紧原理和优化设计方法
• 1.2.3 基于实例的设计理论
• 1.2.4 夹具方案设计开发流程现状
• 1.3 本文研究内容和章节安排
• 1.3.1 研究内容和方法
• 1.3.2 章节安排
• 第二章 基于N-2-1 定位的车身焊装夹具设计原理
• 2.1 白车身制造特点与焊装夹具基本要求
• 2.1.1 轿车白车身的分类
• 2.1.2 轿车白车身制造特点
• 2.1.3 车身焊装夹具基本要求
• 2.2 夹具典型定位夹紧机构设计
• 2.3.1 定位销的设计
• 2.3.2 定位板的设计
• 2.3.3 夹紧元件的设计
• 2.3 柔性零件的N-2-1 定位原理
• 2.4 基于最小变形的夹具定位点优化
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于实例和零件焊装特征的夹具方案设计
• 3.1 车身零件焊装特征分析
• 3.2.1 形状特征
• 3.2.2 位置特征
• 3.2.3 装配特征
• 3.2 基于实例的车身焊装夹具方案设计
• 3.2.1 基于实例的焊装夹具扩展性设计
• 3.2.2 焊装夹具设计实例相似度
• 3.2.3 焊装夹具设计实例的索引
• 3.2.4 焊装夹具设计实例的检索
• 3.2.5 焊装夹具设计实例的修改和存储
• 3.5 本章小结
• 第四章 车身总拼柔性焊装夹具设计实例分析
• 4.1 车身总拼夹具设计的技术要求分析
• 4.1.1 车身总拼试制夹具的柔性化
• 4.1.2 车身统一基准系统（RPS）
• 4.1.3 车身功能尺寸系统（FDS）
• 4.2 上海大众现有各车型车身总拼夹具方案设计实例
• 4.2.1 Passat 总拼夹具方案设计实例
• 4.2.2 Polo 总拼夹具方案设计实例
• 4.2.3 Touran 总拼夹具方案设计实例
• 4.2.4 Octavia 总拼夹具方案设计实例
• 4.3 实例分析结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 MODELL-Y 车身总拼柔性夹具设计实例
• 5.1 Modell-Y 车身总拼柔性夹具设计需求分析
• 5.1.1 项目开发背景
• 5.1.2 开发流程设计
• 5.1.3 Modell-Y 总拼结构特点分析
• 5.2 车身总拼柔性夹具基本单元设计
• 5.2.1 总拼夹具柔性可调的基本单元
• 5.2.2 底板总成基本夹具单元设计
• 5.2.3 侧围总成基本夹具单元设计
• 5.3 基于N-2-1 定位的基本单元布局及优化
• 5.3.1 底板总成夹具单元的布局及其优化
• 5.3.2 侧围总成夹具单元的布局及其优化
• 5.3.3 总拼零件及夹具单元装夹顺序及其优化
• 5.4 面向可重构的车身总拼夹具柔性化设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文