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制鞋产业的发展和个性化制鞋的不断深入,对传统制鞋过程中鞋楦的装夹提出了更高的要求。传统的鞋楦可调式夹具已经成为制约制鞋生产自动化和柔性生产能力的主要瓶颈之一。基于这种背景,论文以鞋楦CAD模型为基础,对鞋楦自由曲面工件的柔性夹具设计方法进行深入的分析与研究。提出了一种基于CATIA二次开发技术提取鞋楦表面信息的方法;并以鞋楦为对象进行了夹具定位夹紧规划,同步优化了夹具布局和夹紧力;最后运用变胞机构自重构特征对柔性夹具进行创新设计,研制出一种新型的鞋楦柔性夹具,以适应现代鞋业制造系统的柔性生产要求。论文的主要工作如下:1)阐述一般曲面信息的计算方法,并分析其缺陷,针对难以给出曲面函数的鞋楦工件,提出了一种基于CATIA二次开发的自由曲面信息提取方法,该方法操作方便且计算有效。根据计算得到鞋楦采样点的坐标和法向量信息,建立夹具系统坐标系,并通过坐标转换方法完成鞋楦与夹具系统坐标系之间的匹配。2)根据对鞋楦表面形状及工艺要求的分析,利用封闭性原则确定鞋楦夹具的定位夹紧方案。从降低鞋楦工件加工变形的角度,运用遗传算法和有限元法作为分析方法,对夹具布局和夹紧力进行同步优化。以特定鞋楦为例进行优化分析,最优设计中加工点处工件最大变形值为0.82mm,比经验夹具设计时小0.25mm,降低了23%;总夹紧力比经验设计时小377.8N,降低了47%。3)将变胞机构自重构原理应用于柔性夹具设计,结合鞋楦自由曲面工件装夹重构特征进行创新设计,对鞋楦夹紧机构进行自由度和拓扑结构分析,可适应不同型号的鞋楦夹紧,并完成了鞋楦柔性夹具的机构设计。4)基于ADAMS软件对鞋楦夹紧机构进行受力与仿真分析,可以得到鞋楦夹紧机构对鞋楦进行有效、稳定的夹紧,从而验证了机构设计的正确性。