面向精準(zhǔn)裝配的飛機(jī)鈑金零件成形關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著飛機(jī)性能要求的不斷提升和裝配工藝的不斷發(fā)展和革新，當(dāng)前飛機(jī)裝配由手工修配逐步向精準(zhǔn)裝配轉(zhuǎn)變，從而對(duì)零件的成形精度提出了苛刻的要求。鈑金零件是飛機(jī)零件家族的重要組成部分，其制造質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到飛機(jī)的飛行性能和使用壽命。近年來，我國的航空事業(yè)取得了長足的發(fā)展，但是飛機(jī)某些關(guān)鍵鈑金類零件的成形制造技術(shù)與國外先進(jìn)水平還存在著一定的差距，鈑金零件的精度和質(zhì)量是目前制約飛機(jī)數(shù)字化制造和精密裝配的突出問題，實(shí)現(xiàn)鈑金零件的精準(zhǔn)化、柔性化、數(shù)字化

2、成形制造是當(dāng)前迫切需要解決的難題。本文針對(duì)飛機(jī)部件裝配中較為常見的框肋類零件和蒙皮類零件，以橡皮囊成形和蒙皮精準(zhǔn)拉形作為其解決方案，突破了毛料快速設(shè)計(jì)、成形工藝仿真、蒙皮精準(zhǔn)拉形、蒙皮切邊柔性夾持等關(guān)鍵技術(shù)，自主開發(fā)了相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　1）提出了基于一步逆成形法的橡皮囊成形鈑金零件毛坯快速設(shè)計(jì)方法，并開發(fā)了初始毛坯的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Rubber Blank Size Estimation, RBSE）。

3、首先，建立了面向橡皮囊成形的一步逆成形法的幾何關(guān)系和本構(gòu)方程，采用三角形單元分別研究了單元節(jié)點(diǎn)內(nèi)力和等效節(jié)點(diǎn)外力的計(jì)算方法，研究了一步逆成形法的牛頓-拉普森法迭代格式。然后，提出了一種基于一步逆成形的飛機(jī)鈑金橡皮囊成形毛坯外形快速精確預(yù)示算法，以一步逆成形求解算法為核心，基于CATIA/CAA二次開發(fā)平臺(tái)開發(fā)出了RBSE。最后，實(shí)際選取某下陷類零件及肋腹板零件進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，結(jié)果表明該系統(tǒng)可以迅速、準(zhǔn)確獲得橡皮囊成形鈑金件的毛料外形，改善

4、了毛坯設(shè)計(jì)過程中精度差、效率低等問題。
　　2）提出了基于位移映射法的橡皮囊成形回彈補(bǔ)償方法，開發(fā)了橡皮囊精準(zhǔn)成形工藝仿真系統(tǒng)。首先，通過建立控制方程和空間有限元離散化，進(jìn)行材料模型建立和應(yīng)力修正，基于位移調(diào)整算法和向前回彈算法，通過位移映射、迭代處理、曲面重構(gòu)等形成橡皮囊成形回彈補(bǔ)償方法。然后，設(shè)計(jì)橡皮囊成形的工藝流程，研究模面快速設(shè)計(jì)、成形模擬和回彈補(bǔ)償技術(shù)，完成了基于回彈補(bǔ)償?shù)拟k金零件橡皮囊精準(zhǔn)成形工藝設(shè)計(jì)。最后，基于 CA

5、TIA/CAA二次開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合PAM-STAMP2G開發(fā)了橡皮囊成形仿真系統(tǒng)，以典型橡皮囊成形鈑金件為例，進(jìn)行了橡皮囊成形仿真分析，驗(yàn)證了仿真系統(tǒng)的可靠性，并研究了相關(guān)參數(shù)對(duì)仿真回彈的影響。
　　3）提出了一種可重構(gòu)柔性多點(diǎn)模具拉形工藝設(shè)計(jì)方法，開發(fā)了基于可重構(gòu)柔性多點(diǎn)模具蒙皮數(shù)控拉形工藝設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)。首先，突破了新一代高效、低成本柔性多點(diǎn)模具的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套生產(chǎn)型柔性多點(diǎn)模具，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)模的控制和快速調(diào)形。然后

6、，在解決曲面空間定位、模面補(bǔ)充、釘柱調(diào)形高度計(jì)算、毛料尺寸計(jì)算和拉形軌跡計(jì)算等多項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以可重構(gòu)柔性多點(diǎn)模具為應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)并開發(fā)了蒙皮數(shù)控拉形工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。最后，基于PAM-STAMP2G開發(fā)了拉形工藝仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)柔性多點(diǎn)模具回彈補(bǔ)償和模具型面優(yōu)化，同時(shí)針對(duì) FET（定臺(tái)式）和 VTL（動(dòng)臺(tái)式）型數(shù)控拉形機(jī)，在解決拉形軌跡與拉形機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換算法的基礎(chǔ)上，開發(fā)了相應(yīng)的軌跡與運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換軟件。
　　4）提出了基于

7、N-2-1原理的動(dòng)態(tài)多點(diǎn)定位方法和基于虛擬裝夾的定位參數(shù)計(jì)算方法，研發(fā)了吸盤式數(shù)字控制的柔性夾持裝備。首先，從基于柔性夾持工裝的蒙皮精確切邊工藝以及柔性夾持工裝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面展開研究，基于N-2-1原理提出了面向蒙皮切邊定位的動(dòng)態(tài)多點(diǎn)定位方法，基于幾何約束關(guān)系實(shí)現(xiàn)了柔性工裝對(duì)曲面零件的虛擬裝夾，進(jìn)而計(jì)算出柔性工裝的定位參數(shù)。然后，基于吸盤式柔性夾持裝備設(shè)計(jì)制造和計(jì)算機(jī)控制等關(guān)鍵技術(shù)的突破，設(shè)計(jì)了一套工程化應(yīng)用的吸盤式全數(shù)字控制柔性夾持裝備