焊件的定位原则——N-2-1定位原理

 汽车工业是各个工业发达国的支柱产业之一，汽车覆盖件作为汽车结构的重要零部件之一，其焊装方式也由传统的手工焊接发展为流水线、自动化加工方式。焊装夹具设计是决定汽车车身质量的主要因素，据美国汽车工业统计数据，72%的车身误差源于焊装夹具的定位误差。

  汽车车身主要由众多冲压部件装配而成，薄壁零件在白车身的装配中占到了70%以上，由于薄壁板件的刚性较差、容易变形，在焊装过程中通常要采用到多点定位夹紧的专用夹具，以保证各个部分在焊接位置上的贴合。由于薄板件柔性较大，在加工载荷下容易变形，在工业生产中可能导致较大的尺寸偏差。

  在传统的刚性夹具设计广泛应用的“N-2-1”的定位原理，在“N-2-1”定位原理中，基准面所需的定位点数假设为一个大于3的变量N，第二、第三基准面分别设定两个和一个定位点以限制工件刚体运动。这是由于加工载荷和工件自重所引起的变形主要集中在薄板件法线方向，因此基准面上采用过定位的方式，以增强薄板件的刚性，限制和减少焊接加工中该方向上的变形；而由于加工过程中所产生的力一般不会作用或者较少作用在第二、第三基准面上，两个和一个定位点一般可以避免薄板件的弯曲和翘曲。同时由于薄板件特殊的几何特性，微小的几何缺陷都可能引起工件在加工过程中产生相对较大的挠度，必须避免在薄板件正反面上同时存在定位点。

  针对夹具定位点优化布局问题，已经有研究者提出了优化选择工件定位布局的方法。方法中，以定位点到被加工特征关键点的误差传递系数作为优化目标，采用特征值优化方法，较为真实地反映了优化参数，能够满足各个代加工特征定位精度

  要求。但是这种方法还是基于传统的“3-2-1”的定位原理，并没有讨论薄板件焊装所需要解决的柔性较大、工件易变形等问题，而且生产实践证明，“N-2-1”定位原理能够较好地满足薄板件焊装加工定位的精度要求，因此本文考虑基于“N-2-1”定位原理进行定位点优化布局分析。

  当N=3时，“N-2-1”定位原理就是传统的6点定位原理，“N-2-1”定位原理是在刚体夹具设计基础上，针对柔性易变形工件对6点定位原理的扩展，它对薄板件的焊装夹具设计具有指导作用。