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畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: 汽車車輪輪罩焊裝夾具設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程07-2班
學(xué) 生 姓 名: 李加林
導(dǎo) 師 姓 名: 石美玉
開 題 時(shí) 間: 2011年3月11日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
李加林
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-2 班
指導(dǎo)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(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、課題研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)外對(duì)汽車焊裝夾具的設(shè)計(jì)進(jìn)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(diǎn)和四點(diǎn)夾具定位系統(tǒng)，該方法沒(méi)有考慮薄板變形減少問(wèn)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(zhǔn)面法向變形量最小的夾具定位布置，但沒(méi)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(diǎn)位置的基礎(chǔ)上,針對(duì)柔性車身薄板零件易變形的特點(diǎn)提出了“N-2-1定位”法,在薄板件法方向即第一基準(zhǔn)面應(yīng)用多于3個(gè)定位點(diǎn)來(lái)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(diǎn)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(jì)目標(biāo)并開發(fā)了三維汽車焊裝夾具CAD系統(tǒng)；周至強(qiáng)、羅來(lái)軍和林忠欽在2002年采用模塊化設(shè)計(jì)和參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)了汽車覆蓋件焊裝夾具設(shè)計(jì)參數(shù)庫(kù)等；歲波等在2003提出采用樹狀模型與關(guān)系模型來(lái)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(jī)交互式三維仿真平臺(tái)，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(duì)國(guó)內(nèi)汽車企6華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文業(yè)中白車身焊接機(jī)器人作業(yè)順序不合理的問(wèn)題，采用啟發(fā)式的節(jié)約算法，有效的解決了機(jī)器人規(guī)劃中的最短路問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人路徑的優(yōu)化；2006年，熊曉萍等提出將知識(shí)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(shí)現(xiàn)。
（1）計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)輔助汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)是最早的把計(jì)算機(jī)應(yīng)用于汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)工作的階段，但目前仍有不少焊裝夾具設(shè)計(jì)企業(yè)應(yīng)用這種設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用這種設(shè)計(jì)方法時(shí)，計(jì)算機(jī)本身沒(méi)有任何智能行為，僅僅是一種輔助工具。設(shè)計(jì)夾具的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)靠設(shè)計(jì)人員來(lái)掌握。夾具的檢測(cè)、調(diào)整等工作也由專業(yè)人員來(lái)完成。
（2）交互式夾具設(shè)計(jì)
最初的交互式設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單應(yīng)用CAD軟件的圖形功能，建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夾具元件數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)用性。這些都是基于二維平臺(tái)開發(fā)的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維繪圖成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的有力工具。多數(shù)三維繪圖軟件都建立了標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，同時(shí)允許用戶建立自己的元件庫(kù)。這為交互式夾具設(shè)計(jì)提供了更好的平臺(tái)。
交互式夾具設(shè)計(jì)步驟以傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)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(lái)完成夾具的定位方案、導(dǎo)向方案、夾緊方案的設(shè)計(jì)，并通過(guò)人機(jī)交互的方式完成各功能元件和部件的選擇和設(shè)計(jì)。然后進(jìn)入三維繪圖環(huán)境，采用人工交互的方式進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，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(jì)系統(tǒng)適合于開發(fā)新產(chǎn)品和需要加工新工件、沒(méi)有已有夾具信息可以利用的情況。對(duì)于大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，待加工的工件相似性高，因此要設(shè)計(jì)的夾具只需要在尺寸或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行部分修改，這就使夾具設(shè)計(jì)中重復(fù)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(jì)
成組技術(shù)（GT）是上個(gè)世紀(jì)50年代由前蘇聯(lián)學(xué)者c.n米特洛夫首先提出來(lái)的，當(dāng)時(shí)稱作“成組加工”，主要用于機(jī)械零件的機(jī)加工。60年代中期，英國(guó)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(duì)應(yīng)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(jìn)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(duì)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(duì)統(tǒng)一的最佳處理方法，從而在基本不改變?cè)泄に嚭驮O(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(jì)方法是通過(guò)成組技術(shù)的編碼系統(tǒng)，對(duì)夾具庫(kù)中原有的相似的夾具單元做相應(yīng)的調(diào)整，從而適應(yīng)新的工作的加工要求。若無(wú)法選擇相似的夾具時(shí)，就可以使用生成式夾具設(shè)計(jì)方法，產(chǎn)生新的夾具設(shè)計(jì)方案，將新產(chǎn)生的夾具編碼添加到夾具庫(kù)中，為下次設(shè)計(jì)作參考用。
（4）可重構(gòu)焊裝夾具設(shè)計(jì)
上世紀(jì)末，一些學(xué)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(biāo)是快速響應(yīng)市場(chǎng)、占有市場(chǎng)，可重構(gòu)制造系統(tǒng)是一種能適應(yīng)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品變換，按系統(tǒng)規(guī)劃的要求，以重排、重復(fù)利用、革新組元或子系統(tǒng)的方式，快速調(diào)整制造過(guò)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(dòng)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(shí)根據(jù)產(chǎn)品變化，由產(chǎn)品工藝過(guò)程變化驅(qū)動(dòng)、快速進(jìn)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(jì)的關(guān)鍵是對(duì)焊裝夾具零部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，以及采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。焊裝夾具的重構(gòu)大部分工作是將標(biāo)準(zhǔn)化元件重新組合的過(guò)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(dǎo)向座、工作臺(tái)、工作臺(tái)支架等抽出來(lái)，預(yù)先設(shè)計(jì)成通用的標(biāo)準(zhǔn)化系列元部件，在重構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)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(jì)是否合理，主要取決于設(shè)計(jì)者的組合水平，更主要的是通用化標(biāo)準(zhǔn)元件的編制設(shè)計(jì)程度，編制越多越細(xì)，設(shè)計(jì)時(shí)越得心應(yīng)手。設(shè)計(jì)者的組合水平是焊裝夾具重構(gòu)設(shè)計(jì)的成敗的關(guān)鍵，標(biāo)準(zhǔn)化元部件是焊裝夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，兩者互為因果、不可偏費(fèi)。
汽車焊裝夾具的重構(gòu)可分為3個(gè)步驟：夾具重構(gòu)方案設(shè)計(jì)；夾具元部件設(shè)計(jì)；夾具重構(gòu)組裝與評(píng)價(jià)。
汽車焊裝夾具可重構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究有以下幾點(diǎn)：
（i）焊裝夾具重構(gòu)定位可靠性設(shè)計(jì)方法。
（ii）焊裝夾具工程數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。
（iii）焊裝夾具元部件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。
（iv）焊裝夾具重構(gòu)設(shè)計(jì)方案與綜合評(píng)價(jià)。
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(xiàng)系統(tǒng)工程，隨著我國(guó)汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)汽車焊裝線的需求量巨大，對(duì)其質(zhì)量上的要求也日益提高。汽車車身是經(jīng)過(guò)沖壓、焊接、涂裝、總裝這四個(gè)主要工藝過(guò)程生產(chǎn)出來(lái)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(duì)整個(gè)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(dāng)大的比例，焊裝夾具的設(shè)計(jì)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(lái)，汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步非?？?。各汽車廠家為了在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)，不斷推出具有高技術(shù)含量的新產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)控制的高自動(dòng)化水平的無(wú)人焊裝線在國(guó)外先進(jìn)的汽車廠已普遍采用，上下料為自動(dòng)輸送機(jī)和機(jī)器人，車身全部是機(jī)器人焊接，生產(chǎn)人員主要從事質(zhì)檢、維護(hù)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(guò)點(diǎn)焊、凸焊、CO2保護(hù)焊、釬焊以及粘接工藝（主要是電阻點(diǎn)焊）裝配成為白車身的過(guò)程。目前，國(guó)內(nèi)的焊接裝備生產(chǎn)廠家綜合技術(shù)實(shí)力不足，不具備設(shè)計(jì)制造高水平的成套焊裝線的能力，面對(duì)汽車行業(yè)的日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)又不允許國(guó)內(nèi)的汽車生產(chǎn)廠家用國(guó)產(chǎn)的裝備進(jìn)行試驗(yàn)，只好成套引進(jìn)，使得國(guó)內(nèi)焊接裝備生產(chǎn)廠家近年來(lái)與國(guó)外水平的差距越來(lái)越大。國(guó)內(nèi)汽車焊接生產(chǎn)水平與國(guó)外逐漸接近，而國(guó)內(nèi)焊接裝備制造水平與國(guó)外差距卻逐漸加大，提高我國(guó)焊裝線及焊裝夾具自主設(shè)計(jì)和制造水平迫在眉睫。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)；
6.CAD繪制夾具圖紙；
7.撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
擬解決的主要問(wèn)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(jì)；
3.CAD繪制夾具圖紙。
三、技術(shù)路線（研究方法）
確定輔助機(jī)構(gòu)
確定定位基板
確定定位裝置
撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書
CAD繪制夾具圖紙
確定定位基準(zhǔn)
定位方式設(shè)計(jì)
夾緊方式設(shè)計(jì)
夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
焊裝夾具方案設(shè)計(jì)
焊裝工藝分析
工件工藝分析
查閱資料，前期準(zhǔn)備
分析設(shè)計(jì)任務(wù)書
確定夾緊機(jī)構(gòu)
四、進(jìn)度安排
（1）知識(shí)準(zhǔn)備、調(diào)研、收集資料、完成開題報(bào)告 第1～2周（2.28～3.11）
（2）整理資料、提出問(wèn)題、撰寫說(shuō)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(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)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(jì)，CAD繪制夾具裝配草圖等部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，中期檢查 第6～8周（4.4～4.22）
（4）改進(jìn)完成設(shè)計(jì)，改進(jìn)完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書，指導(dǎo)教師審核，學(xué)生修改 第9～12周(4.25～5.20)
（5）評(píng)閱教師評(píng)閱、學(xué)生修改 第13周（5.23～5.27）
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯 第14周（5.30～6.3）
（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第15～16周（6.6～6.17）
（8）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周（6.20～6.24）
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日