随着当今汽车焊接装备产业的深入发展,为适应市场上汽车品种多样性,降低汽车的制造成本,智能自动化与高效柔性化已经是目前白车身焊接制造装备的研究方向。柔性总拼装备系统是用于多种车型共线生产中车身自动合装焊接工位内的核心装备,复杂程度高。另外,国内自动化柔性总拼装备发展起步晚且受国外技术牵制。针对这一现状,本文依托某汽车制造企业的研发项目开发了具备焊接机器人高密度分布且能实现兼容三种车型生产的全自动柔性总拼装备系统。首先规划了总拼工位前期生产工艺。在工位内的工艺生产流程和生产纲领的基础上,初步确定了工位内焊接生产节拍、焊点分布及焊枪预选型、工位的二维布局及装备方案、车身定位夹紧信息分布等。前期的工艺规划是后期的装备设计及数字化虚拟仿真验证等研究工作的前提。接着,在前期工艺规划内容基础上先阐述柔性总拼装备系统的构成及工作原理;利用NX综合数字化仿真设计平台运用自上而下的建模方法依次对焊接夹具、夹具输送系统、夹具合装系统进行机械结构设计,并在设计的过程中基于有限元静力学仿真以及多体动力学与有限元联合仿真的方法对机械装备中的关键零件进行强度与刚度判断分析;但基于这种传统设计方法建立的3D机械结构模型在与机器人进行焊接过程中是否发生干涉还未知,因此这些装备的3D模型为接下来的数字化工厂虚拟仿真验证提供了制造资源。然后,在前期工艺与机械设计3D数据的基础上,利用Tecnomatix数字化工厂仿真平台进行焊接制造过程模拟。在仿真前期分别基于机器人正运动学理论和空间非均质刚体绕任意轴转动惯量求解理论对库卡KR210 R2700机器人进行运动可达区域及负载能力进行分析得出该型号机器人满足使用要求;导入产品数据、焊点信息、制造资源等进入仿真验证过程,规划了机器人焊接轨迹,验证机器人运动过程中与各装备之间干涉状况,分析机器人焊接位姿的合理性并提出优化方法,经优化后最终得出机器人焊接生产时间为49.65秒符合之前工艺规划的节拍;虽然数字化工厂的虚拟仿真技术能及时发现工艺规划问题和机械结构的干涉问题,但对于前者能直接给予优化,对于后者却因为Tecnomatix没有良好的建模功能而无法对3D机械模型直接进行结构修正。最后,针对Tecnomatix仿真平台无法直接对设计数据进行修正这一问题,利用相似变换理论分析工作坐标系相对于绝对坐标系旋转变换的过程,推出相应的变换矩阵即程序的核心算法,基于C++对设计端软件即NX进行二次开发,Tecnomatix下的机器人焊接轨迹数据成功导入NX设计建模环境并与原始3D数据模型进行交互直接验证了程序的可靠性,也从设计端软件优化了模型结构。综上所述,整个装备系统研究过程中采用了先进的设计理念,即在既定的工艺规划内容基础上除利用传统的机械设计方法之外还结合工业数字化仿真技术和设计软件二次开发技术对工艺与装备结构作出系统性的验证与完善。这对复杂的柔性自动化装备设计指导以及摆脱对国外先进装备技术的依赖具有重大意义。