夹具作为一种特殊的产品，需要丰富的设计经验，设计人员的经验与技能将直接影响设计结果。夹具设计是一项基于经验的机械结构设计，是集知识、经验决策、计算、绘图于一体的复杂设计，并对工程分析和设计技巧有较高要求[2]。针对上述问题，有必要开展较为系统而深入的研究，运用计算机辅助设计及知识技术，设计出一套反应快速、调整方便、工艺性好、制造成本低的新型管件柔性焊接夹具，并且开发一套管件焊接位置调整、装配及仿真的智能系统来指导操作人员调整夹具及管件位置，从而减少专用夹具的使用、提高焊接精度、提高生产效率、降低成本，促进夹具技术的发展。

1.2 课题研究的现状

工艺装备通常是指机械制造中用到的夹具、刀具模具、量具、辅具等的总称（简称工装）。焊接夹具是将焊件正确定位并夹紧后用于装配和焊接的工艺装备，基本结构包括定位装置、夹紧机构、夹具体三部分。其中，除夹具体是根据焊件结构形状进行专门设计外，夹紧机构和定位装置大多是采用通用结构形式。焊接夹具的特点是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，总结如下：

(1) 由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，这些零件的装配和定位方式在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因而焊件的定位和夹紧是单独进行的；

(2) 由于焊接过程中会产生大量热量而引起焊接变形，因而焊接夹具应提供零件反变形或者刚性的夹固，并且允许某些零件在特定方向自由伸缩；

(3) 焊接夹具装焊完之后，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，因而增加了从工装夹具上卸下的难度；

(4) 焊接夹具的形状精度，除精密焊件所用的夹具外，一般焊接夹具本身的制造精度和焊件的定位精度均低于机床夹具的相应指标。

为了提高生产效率，降低成本，国内外企业机构都在积极致力于柔性夹具的研究设计与其CAD技术的研究，并通过虚拟样机技术实现其虚拟仿真以检验其装夹方案的合理性，对实际生产起到指导作用。

1.2.1 国内管件焊接夹具及其虚拟仿真技术研究现状

1.2.2 国外管件焊接夹具及其虚拟仿真技术研究现状

1.3 课题研究的内容及理论意义

1.3.1 课题研究的主要内容

本课题在分析现有各种管类零件特征以及现有夹具方案的基础上，从管件焊接柔性夹具装夹方案设计与虚拟仿真系统的框架考虑，本课题研究的主要目标是开发具有柔性功能的管件焊接夹具，计算焊接管件的空间位置及各夹紧点的坐标，并进行仿真分析，生成夹具结构配置及夹紧方案。本文主要研究内容如下：

1) 调研收集分析有关资料，消化有关焊接管件图纸及焊接工艺资料。

2) 利用Visual Basic语言对Solid Edge软件进行二次开发，实现管件的空间优化布置，开发管件安装方位计算软件，根据管件的变化，按照决策规则能够自动计算管件的安装位置，计算装夹定位点坐标。

3) 利用C语言实现对SQL Server数据库数据的操作；

4) 对ADAMS进行二次开发，使夹具样机的运动仿真可以根据管件信息的不同而作相应调整以完成对新管件的夹紧运动仿真。

1.3.2 课题研究的理论意义

随着现代科学技术的飞速发展和竞争日趋激烈，现代制造企业要求产品具有多的品种，更快的更新速度，更优良的品质，更低廉的成本。面对产品品种急剧的变化和增多，每种产品批量的日益减少，其生命周期的不断缩短，制造业中单件小批量生产的企业已超过90%。企业为适应现代制造业的需求，已经无法沿用传统的制造技术和制造模式，为此，现代制造企业正在探索制造业的柔性自动化，柔性自动化可以促进新产品开发，简化产品改型、使小批量生产具有经济性，使得制造商可以为用户提供干变万化的产品。