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基于三维柔性平板数字化柔性装配的飞机结构设计要素

2017-04-13 11:55:35
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1、结构定位点选取
  为了减少工装,同时又保证部件的气动外形,不仅需要工艺进行定位点的设计,需要结构设计人员协同工艺人员进行设计和制造基准的定义。尽可能采用基准孔定位方式,少用或不用型面定位。并且在结构设计中引人柔性装配对测量点、定位点的特殊要求,能减少制造初期设计人员和工艺人员的反复协调,缩短制造周期,提高生产效率。
  (1)蒙皮类薄壁组件的定位点选取。
  对于飞机中常见的蒙皮类薄壁组件,在三维柔性平板柔性装配中通常通过吸盘将薄壁组件固定。当前飞机的蒙皮还是以铝合金为主,因飞机的减重要求,蒙皮类零件在满足强度、刚度和疲劳性能的条件下应该尽可能轻而薄,这样就加大了装配时的难度。如何合理选取定位点是其中的关键问题。
  原则上讲,由3个不在同一直线上具有矢量的空间点就可定位曲面,但飞机薄壁组件中钣金件较多,其刚性较差,对于飞机装配的曲面常采用多点定位。定位曲面的点越多,在装配时曲面越,但同时控制定位点的工作量也在加大,控制程序复杂,装配空间越小,因此定位点的数目也不宜过多。在结构设计时,应考虑采用合理工艺措施,提高装配时的结构刚性。
  在飞机结构设计中,应结合结构的受力情况分析所选取的定位点是否能与结构的强度和刚度情况匹配。
  (2)框、肋类组件的定位点选取。
  飞机中另一种常见的结构件是框、肋类组件,尤其是加强框需要进行独立装配。
  在飞机加强框的柔性装配上,框板、缘条和角片的定位主要依靠定位工艺孔。
  在设计中,要考虑到不同加强框的要求设置工艺孔的数量和大小,工艺孔的设置不能对结构的强度、刚度和疲劳性能造成较大的影响。
  2、适宜自动制孔与铆接的结构特征
  由于飞机结构件尺寸大、形状复杂,连接件数量多。在飞机装配中如果   依照传统的方式手工钻铆,不仅耗时长、效率低,加工精度和质量也难以保证,降低飞机的疲劳寿命。
  在三维柔性平板柔性装配技术较为成熟的,自动装配制孔技术的应用取得了显著的成效,并研制了不少自动钻孔和自动钻铆系统。
  自动钻铆结构须具有   的敞开性,保证自动钻铆装置或者钻铆机器人能够自如进出和工作。合理布置系统校正基准孔/连接件和预定位孔布置。同时,尽量在钻铆路线上使用同种类型的紧固件以减少钻铆头的换频率。
  3、分离面的划分与结构敞开性要求
  飞机的分离面包括设计分离面和工艺分离面。分离面的合理划分对三维柔性平板柔性工装的使用和柔性装配工艺的实现非常重要。需要在结构设计时就将这些因素考虑在内,使结构具有很好的柔性装配工艺性。分离面的划分应该具有规范性、便捷性、通用性和敞开性要求。
  例如机身的设计分离面,应该考虑对接时机身的承重托点与定位销位置的坐标可计算性、定位销定位的快捷性以及螺栓连接的开敞性;钣金件的设计要考虑多块板材连接时工艺孔、定位件的选择;机翼壁板连接时,应该使多块壁板的搭接在一条线上使柔性工艺易于实现。
  此外,结构设计中要考虑到定位器的位置和激光检测系统的方位,结构不仅要满足装配敞开性要求,还要满足柔性夹具安装敞开性要求,以及柔性装配检测方法的敞开性要求。
  4、面向装配过程的飞机结构设计
  传统的装配很少考虑装配过程中外界因素的影响,装配误差和装配应力较大。对于数字化柔性装配技术,装配精度较高,对装配过程中的精度要求也加严格。面向装配过程的飞机结构设计就显得尤为重要。
  为了实现面向装配过程的设计,需要考虑以下几点因素:
  (1)零件在制造、装配过程中的力学性能变化,以及理论测量基准和实际测量基准的转化。
  环境温度、紧固件连接、重力因素等都可能导致零组件的尺寸、几何外形发生变化。在设计过程中进行零组件变形分析和力学性能变化预估是避免装配误差的有效手段。
  在传统的飞机装配过程中,当设计测量基准与实际测量基准出现偏差时,往往是由工艺人员根据生产中实际情况与设计人员进行协调,对偏差的估算和预测缺乏一套有效和的方法。适应数字化柔性装配的飞机结构设计需要探索出进行变形分析和力学性能预估的有效计算方法,将设计测量基准和实际测量基准统一起来。
  (2)装配中不同的连接形式对测量基准的特殊要求。
  装配中常见的对接形式有半硬壳式机身段之间的对接,活动面等铰链对接,以及机翼、机身等大部件之间的对接。不同的连接形式的测量基准选取方法不同。如何保证测量基准的选取具有固定性和可靠性,大限度地减少制造中的误差积累,是结构设计人员在这部分要考虑的主要问题。
  (3)不同的制造工具和装配设备对零件结构设计的要求。
  数字化柔性装配这一新的装配方式的引进必然伴随着新的制造工具和装配工具的出现,结构设计特性应该适应新的工具的要求。