面向精準裝配的飛機鈑金零件成形關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著飛機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)前飛機裝配由手工修配逐步向精準裝配轉(zhuǎn)變，從而對零件的成形精度提出了苛刻的要求。鈑金零件是飛機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，但是飛機某些關(guān)鍵鈑金類零件的成形制造技術(shù)與國外先進水平還存在著一定的差距，鈑金零件的精度和質(zhì)量是目前制約飛機數(shù)字化制造和精密裝配的突出問題，實現(xiàn)鈑金零件的精準化、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。本文針對飛機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拉形作為其解決方案，突破了毛料快速設(shè)計、成形工藝仿真、蒙皮精準拉形、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)計方法，并開發(fā)了初始毛坯的快速設(shè)計系統(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)點內(nèi)力和等效節(jié)點外力的計算方法，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)平臺開發(fā)出了RBSE。最后，實際選取某下陷類零件及肋腹板零件進行實例驗證，結(jié)果表明該系統(tǒng)可以迅速、準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償方法，開發(fā)了橡皮囊精準成形工藝仿真系統(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償方法。然后，設(shè)計橡皮囊成形的工藝流程，研究模面快速設(shè)計、成形模擬和回彈補償技術(shù)，完成了基于回彈補償?shù)拟k金零件橡皮囊精準成形工藝設(shè)計。最后，基于 CA

5、TIA/CAA二次開發(fā)平臺，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，進行了橡皮囊成形仿真分析，驗證了仿真系統(tǒng)的可靠性，并研究了相關(guān)參數(shù)對仿真回彈的影響。
　　3）提出了一種可重構(gòu)柔性多點模具拉形工藝設(shè)計方法，開發(fā)了基于可重構(gòu)柔性多點模具蒙皮數(shù)控拉形工藝設(shè)計與仿真系統(tǒng)。首先，突破了新一代高效、低成本柔性多點模具的設(shè)計制造技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了一套生產(chǎn)型柔性多點模具，實現(xiàn)了多點模的控制和快速調(diào)形。然后

6、，在解決曲面空間定位、模面補充、釘柱調(diào)形高度計算、毛料尺寸計算和拉形軌跡計算等多項技術(shù)的基礎(chǔ)上，以可重構(gòu)柔性多點模具為應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計并開發(fā)了蒙皮數(shù)控拉形工藝設(shè)計系統(tǒng)。最后，基于PAM-STAMP2G開發(fā)了拉形工藝仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了可重構(gòu)柔性多點模具回彈補償和模具型面優(yōu)化，同時針對 FET（定臺式）和 VTL（動臺式）型數(shù)控拉形機，在解決拉形軌跡與拉形機運動參數(shù)轉(zhuǎn)換算法的基礎(chǔ)上，開發(fā)了相應(yīng)的軌跡與運動參數(shù)轉(zhuǎn)換軟件。
　　4）提出了基于

7、N-2-1原理的動態(tài)多點定位方法和基于虛擬裝夾的定位參數(shù)計算方法，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)計兩個方面展開研究，基于N-2-1原理提出了面向蒙皮切邊定位的動態(tài)多點定位方法，基于幾何約束關(guān)系實現(xiàn)了柔性工裝對曲面零件的虛擬裝夾，進而計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)計制造和計算機控制等關(guān)鍵技術(shù)的突破，設(shè)計了一套工程化應(yīng)用的吸盤式全數(shù)字控制柔性夾持裝備