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基于三维柔性平台数字化柔性装配的飞机结构设计关键技术

2017-04-09 09:55:35
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产品数字化设计和数字化装配工艺是并行工程的两个重要方面。面向装配的设计是二者结合的产物,是并行工程的必然要求。即在飞机结构设计阶段考虑并解决装配过程中可能存在的问题,以确保零部件快速、、低成本地进行装配。基于数字化柔性装配的飞机结构设计关键技术主要包含4个方面:(1)飞机装配结构和装配性能分析;(2)三维数字化模型预装配与装配虚拟仿真;(3)面向柔性装配的结构特征设计;(4)装配公差综合与分析。
  1、飞机装配结构和装配性能分析
  飞机三维柔性平台装配结构分析是指在飞机设计过程中就应考虑可装配性,飞机三维柔性平台装配性能分析是指完成飞机结构设计之后,在满足其功能的前提下,对结构进行装配性能分析并改进其装配结构,使其符合数字化柔性装配要求。具体可从如下几个方面人手:
  (1)采用模块化设计。分析飞机各组成部分的特征属性,进行模块化分解与设计,以便采用通用的装配工装夹具。
  (2)减少零、组件数目。在满足功能和成本适度要求的前提下,尽可能使用整体结构。
  (3)减少紧固件数目。紧固件过多将大大增加飞机装配的时间和费用,不利于自动化装配。
  (4)设计多功能、多用途零件。采用多功能、多用途零件,可使一个零件完成多个零件的功能,从而简化装配工作量。
  (5)减少装配方向。
  2、三维数字化模型预装配与装配虚拟仿真
  三维模型数字化预装配技术,主要用于进行十涉检验及可装配性分析,以零件三维造型、产品数据管理以及设计共享为基础,协调飞机结构、系统设计,检查零部件的可装配与拆卸情况,以及结构、机构和系统之间相互十涉情况,有效地减少因设计错误引起的返工和改。
  在飞机设计过程中,借助虚拟环境和三维数字化模型进行飞机部件对合、系统大型机载设备安装仿真,模拟实际装配过程,检查装配施工通路、定位方法的可行性,尽早发现问题。
  3、面向柔性装配的结构特征设计
  三维柔性平台柔性装配需要某些结构特征的相互位置关系进行空间定位与检测,如无型架装配过程中采用激光准直定位技术,则要求在结构上设计激光定位孔系。因此,应根据柔性装配的要求,在结构设计时就要结合结构其他功能(如强度、刚度等)要求完成特征设计,所确定的特征应有   的结构刚度,便于用于柔性装配的定位或检测。
  4、装配公差分析与综合
  装配公差分析与综合建立在飞机装配模型的基础上,以控制飞机后装配形位精度为目标,通过人机交互确定装配公差封闭环后,通过约束图求解可确定装配公差的组成环,并生成尺寸链,提取尺寸及公差信息。在此基础上,用优化方法对装配尺寸公差进行分析与综合,使装配公差能合理地分配,以便提高其装配性能,从而降低装配成本。
  此外,还可以通过一些方法减少误差积累,增加装配精度:
  (1)增加“补偿环”设计。在装配性能分析中考虑到可能产生误差的环节,在每一个环节提出误差补偿方法,尽可能减少误差积累。
  (2)在装配中尽可能统一状态控制和测量的方法。由于不同的控制和测量方法引起的误差形式和误差大小不同,设计中应该进行考虑和协调,使公差产生和消除的形式简单而统一。
  在飞机大部件对接装配中,对接形式多样,每种对接形式的公差范围各有区别。常见的对接形式有半壳式、对接面式、轴线式等。装配过程中误差产生的原因也多种多样,一般来说分为零件制造公差和安装公差。安装公差常常与工装定位基准的公差有关,后文对测量基准转化问题有详细论述。此外,安装公差也与装配顺序有关。
  目前进行误差分析的较为常用的软件是3DCS。该软件可以对选定的尺寸和公差进行分析,估算敏感公差产生的部位,给出推荐值,从而对装配中容差分配进行建议和指导。软件分析方法已经在中国商飞进行验证式应用。目前在飞机设计中公差的分配大多依靠设计与工艺之间不断的协调。在设计阶段考虑到上述公差分配因素,形成整套的方法和体系,对提高飞机装配效率将有很大的推动作用。