基于caia的飛機(jī)裝配型架骨架cad技術(shù)研究

基于caia的飛機(jī)裝配型架骨架cad技術(shù)研究

飛機(jī)安裝框架是一種用于控制飛機(jī)產(chǎn)品的幾何形狀和參數(shù)，并進(jìn)行調(diào)整和緊致于定位的特殊工藝設(shè)備。它由骨架、定位件、夾緊件和輔助設(shè)備組成,其中骨架是型架的基體,用以固定和支撐定位件、夾緊件等其他元件,保持各元件空間位置的準(zhǔn)確度及其穩(wěn)定性。骨架的快速和合理設(shè)計(jì)決定了型架設(shè)計(jì)的周期和質(zhì)量,應(yīng)用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)型架骨架時(shí),若產(chǎn)品做了某些改變,骨架的修改很不方便,絕大部分需要重新設(shè)計(jì),致使增加重復(fù)勞動(dòng);而且難以重用以前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)結(jié)果。此外,設(shè)計(jì)人員主要憑借自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行型架骨架的設(shè)計(jì),隨意性較大,致使設(shè)計(jì)的規(guī)范性差,這些問題嚴(yán)重影響骨架的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。針對傳統(tǒng)型架骨架設(shè)計(jì)方法中存在的問題,在總結(jié)歸納飛機(jī)裝配型架骨架設(shè)計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合某航空企業(yè)對骨架CAD技術(shù)的具體需求,設(shè)計(jì)開發(fā)了飛機(jī)裝配型架骨架CAD系統(tǒng)。系統(tǒng)中提出了骨架線框?qū)用娣纸怛?qū)動(dòng)的概念,按照此概念設(shè)計(jì)的骨架型架能方便地進(jìn)行修改,利于對已有設(shè)計(jì)方案的重用;設(shè)計(jì)創(chuàng)建了骨架線框庫,根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識,按照層面分解驅(qū)動(dòng)原理把典型的型架骨架抽象成線框模型,按照和骨架的相似程度分成相似線框和主體線框,并按照成組技術(shù)對其進(jìn)行管理,這種方法一定程度上重用了以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識,設(shè)計(jì)人員在線框庫中模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的設(shè)計(jì)減少了設(shè)計(jì)的隨意性,也在一定程度上規(guī)范了設(shè)計(jì)過程;設(shè)計(jì)創(chuàng)建型材庫,把企業(yè)常用的型材類型進(jìn)行總結(jié)歸納;設(shè)計(jì)線框編輯工具,方便對骨架線框的修改;開發(fā)了型材相交處理工具。1飛機(jī)可抗架型架骨架的設(shè)計(jì)作為型架的基體,骨架一般由型材焊接而成,型材多為方鋼、工字鋼、槽鋼和圓鋼,所以可把型架骨架理解為由型材截面沿特定順序和方向掃掠而成。特定順序和方向及型材長度可用空間線段表示,據(jù)此把型架骨架抽象為由多條線段組成的線框結(jié)構(gòu)。圖1所示為某飛機(jī)總裝型架骨架,圖2所示為型架骨架的線框抽象。按照這種思想設(shè)計(jì)型架骨架時(shí),根據(jù)產(chǎn)品裝配的具體需求,綜合考慮型架上的定位夾緊件及輔助設(shè)備的空間布局,用線段代替實(shí)際的型材設(shè)計(jì)型架骨架,構(gòu)建骨架的線框表示,后用掃掠的方法生成實(shí)際的骨架型材,進(jìn)而生成型架骨架。骨架線框的設(shè)計(jì)不僅是簡單的用線段代替骨架型材,而且要考慮對線框進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng)及后續(xù)的掃掠、相交處理的可行性和方便度。2驅(qū)動(dòng)平面與平面間的關(guān)系通過對大量現(xiàn)有型架骨架的分析和總結(jié),發(fā)現(xiàn)有些裝配型架結(jié)構(gòu)規(guī)整,為簡單結(jié)構(gòu)的組合或簡單變形,可把此類型架骨架的型材劃分到幾個(gè)平面內(nèi),以此平面為型材的尺寸基準(zhǔn),平面和平面間的尺寸關(guān)系即為所關(guān)聯(lián)的型材間的尺寸關(guān)系,可通過驅(qū)動(dòng)平面來驅(qū)動(dòng)骨架線框,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)型架骨架。線框庫中存儲(chǔ)線框模型,型架設(shè)計(jì)人員在線框庫中檢索到需要的線框模型,對其進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng)或手動(dòng)編輯,得到符合實(shí)際需求的線框模型,并可以對線框庫中線框模型進(jìn)行添加、修改、刪除操作。2.1骨架線框內(nèi)各參數(shù)驅(qū)動(dòng)骨架線框的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)是型架骨架數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),為了建立嚴(yán)格的線框模型以及設(shè)計(jì)快速合理的參數(shù)驅(qū)動(dòng)算法,首先給出以下3個(gè)概念:(1)參數(shù)驅(qū)動(dòng)域。共享同一驅(qū)動(dòng)主參數(shù)的骨架線框范圍。例如在圖3中,線段LU21、LU22、LU23、LU24、LU25、LU26屬于同一參數(shù)域,它們沿U向和面S4的距離由平面S5和S4的距離決定。同一骨架線框范圍可能被包含在不同的參數(shù)驅(qū)動(dòng)域中。(2)結(jié)構(gòu)面。按照骨架線框分布情況把線框劃分到不同的平面內(nèi),此平面稱為結(jié)構(gòu)面,在結(jié)構(gòu)面內(nèi)的線框?qū)儆谕粎?shù)驅(qū)動(dòng)域。例如在圖3中面S1、S2、S3、S4、S5、S6為結(jié)構(gòu)面。(3)層面分解。把骨架線框劃分到不同的結(jié)構(gòu)面內(nèi)的方法。以圖3所示骨架線框?yàn)槔?說明骨架線框?qū)用娣纸怛?qū)動(dòng)原理,并給出驅(qū)動(dòng)實(shí)例。通過分析此型架骨架的結(jié)構(gòu),確定驅(qū)動(dòng)方向?yàn)閁向、V向,結(jié)構(gòu)面為S1、S2、S3、S4、S5、S6,并把每個(gè)結(jié)構(gòu)面看作一個(gè)集合。U向結(jié)構(gòu)面:S1、S2、S3;V向結(jié)構(gòu)面:S4、S5、S6。其中參數(shù)關(guān)系:關(guān)系式中LUij(i=1,2,3;j=1,2,3,4,5,6)和LVhk(h=1,2;k=1,2,3,4,5,6)表示線段,DLU12、DLU22、DLU32、DLU16、DLU26、DLU36、DLV21、DLV22、DLV23、DLV24、DLV25、DLV26、DLV11、DLV12、DLV13、DLV14、DLV15、DLV16、表示線段長度,DS1S2、DS1S3、DS2S3、DS4S5、DS4S6、DS5S6表示結(jié)構(gòu)面間的距離。驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)面S5得到實(shí)例一,如圖4(a)所示;驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)面S2得到實(shí)例二,如圖4(b)所示。按照層面分解的概念,在設(shè)計(jì)型架骨架線框時(shí)首先考慮設(shè)計(jì)線框的相似重用性能,能方便對其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)重用,適應(yīng)不同產(chǎn)品對型架骨架的需求,從而得出參數(shù)驅(qū)動(dòng)域。再考慮產(chǎn)品對型架的具體要求,把參數(shù)驅(qū)動(dòng)域劃分到不同的平面內(nèi)(即設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)面),這樣把型架骨架線框進(jìn)行了層面分解,對骨架線框的驅(qū)動(dòng)實(shí)際就是對多個(gè)結(jié)構(gòu)面間的距離尺寸進(jìn)行驅(qū)動(dòng),這樣避免了以往參數(shù)化過程中繁雜的數(shù)學(xué)關(guān)系式的處理,方便了參數(shù)關(guān)系的設(shè)計(jì)和參數(shù)模型的驅(qū)動(dòng)。2.2利用和型架骨架的相似度進(jìn)行編輯在考慮產(chǎn)品裝配需求和型架上定位夾緊件布局的基礎(chǔ)上,運(yùn)用線框?qū)用娣纸怛?qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)線框,分解方案的合理與否直接關(guān)系到所設(shè)計(jì)的骨架線框參數(shù)驅(qū)動(dòng)的可行性和方便性。為了使抽象的骨架線框更好的被重用,以及考慮參數(shù)驅(qū)動(dòng)的可行性和方便性,骨架上有些結(jié)構(gòu)可以暫時(shí)忽略,待參數(shù)驅(qū)動(dòng)完畢后再根據(jù)具體需要進(jìn)行手動(dòng)編輯。按照和型架骨架的相似程度,把抽象的骨架線框劃分成相似線框和主體線框,當(dāng)產(chǎn)品對型架的類型要求變化不大,只是尺寸大小有所改變時(shí),可以通過驅(qū)動(dòng)相似線框得到所要求的骨架線框;當(dāng)類型變化較大時(shí),需要對線框進(jìn)行編輯,此時(shí)檢索主體線框,并利用開發(fā)的線框編輯工具進(jìn)行編輯,得到合適的骨架線框。運(yùn)用成組技術(shù)設(shè)計(jì)線框庫,把各種線框按照相似度進(jìn)行分類編碼,用于線框的檢索和修改。表1所示為部分編碼實(shí)例。3骨架模型3.1掃搶線的設(shè)置骨架元素即組成骨架的各種型材,建模實(shí)際上是型材截面在骨架線框上掃掠,進(jìn)而成形型材實(shí)體的過程。圖5所示為元素建模的流程。(1)線框選擇。選擇線框上的線段作為掃掠的支撐線。(2)截面選擇。選擇型材截面圖,型架骨架常用型材有:方鋼、矩形鋼、槽鋼、圓鋼。(3)設(shè)置掃掠中心?？刂凭€框在掃掠元素中的位置,主要有如圖6所示的9種類型,黑色實(shí)心方框表示線框的位置。(4)方位角調(diào)整。在元素坐標(biāo)系的坐標(biāo)面內(nèi),繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)元素的掃掠截面,調(diào)整骨架元素的空間方向。(5)設(shè)定材料。選擇骨架元素的材料。3.2兩骨架元素的交互作用掃掠創(chuàng)建骨架元素后,相鄰骨架元素可能會(huì)出現(xiàn)相交現(xiàn)象,不符合實(shí)際工程應(yīng)用,必須按照一定的連接方式對相交處進(jìn)行處理,本文總結(jié)了3種相交處理方式:(1)對稱面相交。為保證焊接的良好性,焊接需要在兩骨架元素相交處的對稱面上進(jìn)行,做兩相交元素支撐線框的角平分面,以此面分別剪切兩相交元素,如圖7(a)所示。(2)單斜角相交。以一個(gè)骨架元素的某個(gè)特征面為參考面,去剪切另一個(gè)骨架元素,如圖7(b)所示。(3)雙斜角相交。3個(gè)骨架元素相交處理時(shí),先對其中2個(gè)元素進(jìn)行剪切處理,然后以前2個(gè)骨架元素的特征面為參考面,去剪切第3個(gè)骨架元素,如圖7(c)所示。當(dāng)遇到多個(gè)(3個(gè)以上)骨架元素相交情況時(shí),要進(jìn)行兩兩處理,考慮實(shí)際焊接工作的可行性和方便性。4系統(tǒng)的功能與流程依據(jù)上面提出的原理和方法,應(yīng)用CAA為開發(fā)工具在CATIA平臺(tái)上開發(fā)了飛機(jī)裝配型架骨架CAD系統(tǒng),包括骨架線框庫、線框編輯工具、型材庫、骨架元素掃掠及相交處理工具。圖8為系統(tǒng)的流程圖。圖9(a)所示為應(yīng)用本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的某飛機(jī)前艙罩裝配型架骨架線框模型,首先在線框庫中調(diào)用相似線框,對其進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng),得到所需骨架線框,然后進(jìn)行骨架元素掃掠和相交處理,生成型架骨架,如圖9(b)所示。5多框結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法型架骨架的快速合理設(shè)計(jì)對提高型架的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量起著重要作用,本課題在深入分析研究型架骨架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,把型架骨架抽象為線框結(jié)構(gòu),并