基于刚体模型组合偏差建模的薄板件夹具定位方案优化设计

论文摘要

轿车车身装配是一个复杂的多工位柔性薄板件装配过程。装配过程中的零件偏差、夹具定位偏差等各种偏差影响着车身尺寸偏差。车身尺寸偏差的大小直接影响到整车的使用性能和外观质量,进而影响到市场竞争力,因此各汽车公司对车身装配质量均予以高度重视。夹具定位方案是影响产品尺寸质量的关键因素之一,现有的夹具定位方案设计需要设计者利用基于经验的规则进行设计,缺乏理论数据支持,另外由于柔性薄板件采用过定位方式,因此多采用有限元方法进行偏差建模计算,该方法计算精度高,然而由于模型的复杂性,使得其计算效率较低,无法满足实际生产的需要。针对上述问题,本文首先提出了夹具定位方案的稳定性参数,在此基础上提出了定位点搜索算法用于夹具确定性定位方案的设计;然后提出了刚体模型组合偏差建模方法用于对过定位薄板件进行偏差计算,并分多种情况与有限元方法进行了对比分析;最后提出了基于启发式搜索的过定位夹具定位点夹持顺序优化方法,并以某车型前部车身为例对上述研究内容进行了应用。本文的主要研究工作如下:（1）推导出夹具定位方案稳定性参数,提出了定位点搜索算法基于确定性定位夹具偏差模型,推导了确定性定位下夹具定位方案稳定性参数表达式,提出定位点搜索算法对夹具定位点布置进行优化设计,并通过某车型仪表板定位方案设计实例对该算法进行验证。（2）建立了基于刚体模型分块组合的柔性薄板件偏差模型提出了过定位薄板件刚体模型分块概念,并对刚体模型分块适用范围、不同分块间偏差影响关系以及分块方法进行了研究;建立了基于刚体模型分块组合的过定位薄板件偏差模型,并分多种情况和有限元偏差分析方法进行对比分析。（3）提出了基于启发式搜索的夹具夹持顺序优化方法以夹持后零件所有关键测点加权后的偏差值之和作为目标函数,建立了夹持顺序优化模型;在优化计算中引入了启发式算法,从而使得用数值方法规划夹具的夹持顺序具有工程意义。（4）前部车身夹具定位方案优化设计及偏差分析实例应用首先利用定位点搜索算法确定零件的“3-2-1”定位方案,然后采用基于启发式搜索的定位点夹持顺序优化方法进行夹持顺序优化设计;利用基于刚体模型分块组合的偏差建模方法,分别在已有定位方案和优化后的定位方案下,对前部车身关键匹配处间隙和面差进行偏差分析比较。分析结果表明,优化后的定位方案在偏差控制水平方面比已有定位方案有很大的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 车身尺寸偏差控制的发展历程
• 1.2.2 装配偏差模型国内外研究现状
• 1.2.3 夹具评价及优化设计国内外研究现状
• 1.2.4 需要解决的问题
• 1.3 论文的研究内容
• 第二章 夹具确定性定位方案优化设计
• 2.1 引言
• 2.2 夹具确定性定位方案定量评价
• 2.2.1 确定性定位夹具偏差模型
• 2.2.2 夹具定位方案的稳定性参数
• 2.3 夹具确定性定位方案优化设计
• 2.3.1 面向偏差控制目标的定位点搜索算法
• 2.3.2 定位点搜索算法实现步骤
• 2.4 仪表板定位方案设计实例
• 2.5 本章小结
• 第三章 过定位薄板件刚体模型组合偏差建模
• 3.1 引言
• 3.2 薄板件的N-2-1 定位原理
• 3.3 过定位薄板件的刚体模型分块
• 3.3.1 过定位薄板件定位特征
• 3.3.2 刚体模型分块及其应用范围
• 3.3.3 刚体模型分块间偏差影响关系
• 3.3.4 夹头夹持顺序对刚体模型分块的影响
• 3.4 刚体模型组合偏差建模
• 3.4.1 刚体模型分块方法
• 3.4.2 刚体模型组合偏差模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 刚体模型组合方法和有限元方法对比分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元偏差计算方法与流程
• 4.3 两种偏差计算方法的比较
• 4.3.1 过定位柔性薄板装配体
• 4.3.2 基于刚体模型假设的偏差计算
• 4.3.3 基于柔性变形的有限元偏差计算
• 4.3.4 偏差计算结果比较
• 4.4 薄板件相关属性的不同对计算准确性的影响
• 4.4.1 不同材料的对比
• 4.4.2 不同厚度的对比
• 4.4.3 不同定位点数目的对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 过定位夹具夹持顺序优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 定位、夹持方式对零件偏差的影响
• 5.2.1 夹头的功效分析
• 5.2.2 定位方式
• 5.3 夹持顺序优化模型
• 5.3.1 夹持顺序优化模型
• 5.3.2 基于启发式搜索的优化方法
• 5.4 应用算例
• 5.5 本章小结
• 第六章 前部车身定位方案优化设计实例
• 6.1 引言
• 6.2 前部车身需求分析
• 6.3 可选定位点和测点信息
• 6.3.1 翼子板可选定位点信息
• 6.3.2 发动机盖可选定位点信息
• 6.3.3 前保险杠可选定位点信息
• 6.3.4 前大灯可选定位点信息
• 6.3.5 测点信息
• 6.4 定位方案优化设计
• 6.4.1 前部车身已有定位方案
• 6.4.2 “3-2-1”定位方案的设计
• 6.4.3 定位点夹持顺序优化设计
• 6.5 偏差建模对比分析
• 6.5.1 关键匹配处偏差影响因素分析
• 6.5.2 偏差计算结果对比分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要工作及结论
• 7.2 创新点
• 7.3 不足之处及研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文