N-2-1定位原理解析及应用

薄板冲压件广泛应用于汽车、飞机等行业，其焊接工装夹具的设计质量直接影响到整个产品的制造偏差。薄板焊装夹具与通用的机加工夹具存在显著的差别，它不仅要满足精确定位的共性要求，还要充分考虑薄板冲压件的易变形性和冲压制造偏差较大的特征。工装夹具设计中最重要的部分是定位元件的设计，往常设计时大多采用六点定位，即 3-2-1定位原理。对于汽车车身这类薄板冲压件，定位夹具除了具备限制零件刚体运动的基本功能外，还必须能够限制过多的焊件变形。如果还是用普通的六点定位，焊件将因为没有进行可靠的定位而发生定位不准的问题。

近年来，许多学者在薄板焊接工装夹具的设计上开展了大量的工作，提出了一些新型的薄板冲压件和焊接工装夹具的设计理论和方法，取得了显著的效果。N-2-1 定位原理就是其中之一，该原理是在采用变分法确定传统 3-2-1 定位夹具定位点位置的基础上，针对柔性薄板零件易变形的特点提出来的。N-2-1 定位原理是一种新的定位原理，该定位原理广泛应用于刚性件的3-2-1定位原理相比，更适合于薄板件的定位。其主要内容如下：

（1）第一基准面（又称为主要基准面）上所需的定位点数为N（N≥3）。

对于绝大部分薄板件加工过程，其最主要的尺寸问题是薄板件法向方向上的变形，甚至其自重所引起的变形也不能忽视。有关分析表明，对一块长宽各 400 mm，厚1 mm的薄板，用3-2-1原理定位，在其自重作用下就可能产生 1～3 mm 的变形量。因此，对于薄板件而言，最合理的夹具系统是要求其第一基准面上存在多于 3 个定位点去限制该方向上的零件变形。

（2）第二基准面（又称为导向基准面）、第三基准面（又称为止推基准面）所需的定位点为2个和1个，第二基准面的2个定位点布置在较长的边上。(www.xing528.com)

在第二、第三基准面上分别需要2个和1个定位点去限制薄板件的刚体运动。2个和1个定位点是足够的，因为实际加工所产生的力通常不会作用在这两个基准面上，以避免弯曲和翘曲。更进一步的分析表明，第二基准面上的两个定位点应布置在薄板件较长的边上。这是因为两个定位点间距尽可能大时，零件将更稳定，同时还可以更好地弥补零件表面或定位元件的安装误差。

（3）禁止在正反两侧同时设置定位点。

必须强调禁止在焊件正反两侧同时设置定位点，因为就算极小的几何缺陷都可能导致薄板件产生巨大的挠度和潜在的不稳定或翘曲。

根据 N-2-1 定位原理，针对焊装夹具设计，提出夹具优化设计的算法，即利用有限元分析和非线性规划方法找到最优的“N”定位点，以使薄板件的总体变形最小。在实际的焊装夹具设计中，必须考虑到工件的实际形状，事实上制造厂的夹具大部分是单件生产，在固定的平台上安装和调试，主要通过工艺孔或零件本身形状特征定位。焊装夹具采用专用的固定平台式焊装胎具结构，其设计的基本原则是：采用定位销与支承钉相辅的方式定位，对于易变形工件，定位时考虑N-2-1定位原理；对普通零件，采用 3-2-1 定位原理；夹紧方式则采用气动夹紧和杠杆夹紧相辅的复合夹紧方式；如采用自动装焊流水线，则需考虑翻转结构。