“柔性”夹具切换系统是汽车发动机全自动化柔性生产的关键技术之一,如何设计满足不同零部件混合生产的CNC柔性工装切换系统成为论文课题研究的首要问题;其次,为了满足生产线自动化柔性指标而设计的夹具功能部件,存在降低装夹精度的隐患;因此,本文以设计的夹具系统为基础,从夹具结构、系统定位误差以及多重夹紧力引发的变形位移误差三个角度,分别对夹具结构、定位元件安装及尺寸公差、夹紧力大小进行优化设计。具体研究内容如下:(1)综合分析了汽车发动机零件柔性生产的关键技术及研究进展,结合生产线实际需求,设计了夹具切换系统总体方案,包括:基于自主激光导引AGV为载具,采用图像视觉精定位的快速切换系统以及采用KOSMEK零点定位系统的柔性夹具;并制定了夹具快速切换工艺流程。(2)针对四种不同载荷,对夹具系统进行强度分析计算及有限元模态分析,并对关键零部件进行优化设计。改进后验证各项指标满足设计要求。(3)基于运动学原理建立包含零点定位系统的夹具定位误差模型;采用蒙特卡洛法模拟计算工件位姿误差的概率分布,与传统“极大极小法”计算结果对比分析,得出模型预测结果更精确;同时,分析了工件位姿误差分量对各误差源的敏感性,为夹具各定位元件公差分配提供了理论依据。(4)以最小接触区域变形导致的工件位移和最小总余能为目标函数,以多重夹紧力大小为优化变量,以危险加工载荷下工件静态平衡为约束条件,建立多重夹紧力的多目标优化模型;采用二分法进行优化计算,与初始值相比,6个夹紧力大小优化百分比分别为85.24%,85.24%,38.48%,58.09%,50.63%,31.28%。且最小余能以及最小位移2范数分别优化百分比为95.90%,85.24%。基于夹具实验系统,测量夹具定位元件安装位置、尺寸误差,通过模型计算工件位姿误差,同时测量工件不同特征点坐标,以理论设计值为依据推算工件实际位姿偏差,对比结果验证了模型有效性。不同夹紧力组合下,分别测量工件变形量。然后采用固定测点,改变敲击点的方法,在机床转台上测试夹具系统在主轴方向的振动特性,得出Z向变形位移的固有频率为109.38Hz;对比有限元计算结果,系统第二阶固有频率74.786Hz时,Z向出现摆动变形,对加工频率规划提供理论支持。