座艙整體骨架反變形加工建模技術(shù)研究

吳躍珍，謝飛，劉洋洋

(中航工業(yè)洪都，江西南昌330024）

座艙整體骨架反變形加工建模技術(shù)研究

吳躍珍，謝飛，劉洋洋

(中航工業(yè)洪都，江西南昌330024）

通過(guò)對(duì)某機(jī)型座艙整體骨架加工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)記錄數(shù)據(jù)，即加工過(guò)程由于應(yīng)力釋放產(chǎn)生的零件變形的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用反變形加工原理，創(chuàng)建含反變形工藝要求的整體骨架工藝數(shù)模，用于整體骨架數(shù)控加工。本文重點(diǎn)闡述了用于零件反變形加工的工藝數(shù)模設(shè)計(jì)。

座艙整體骨架；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)記錄；反變形加工；工藝數(shù)模

0 引言

某機(jī)型座艙活動(dòng)艙蓋，是飛機(jī)座艙上可開啟、拋放的活動(dòng)構(gòu)件。活動(dòng)艙蓋成半圓弧形狀，前臨前風(fēng)擋，后接機(jī)身某斜框，位于座艙上部，主要由透明件前艙玻璃、后艙玻璃、座艙骨架、座艙蒙皮、中隔板玻璃、手柄、橡膠襯套等零件組成組成，如圖1所示?？蛊谛阅?，減輕結(jié)構(gòu)件重量等功能。由于座艙整體骨架其尺寸大，外形復(fù)雜，精度要求高，給加工帶來(lái)很大困難。傳統(tǒng)的機(jī)加工藝方法，效率低，鉗工工作量大，質(zhì)量得也不到保證。數(shù)字化加工應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了零件制造全過(guò)程的數(shù)控加工。但由于數(shù)控加工中的加工應(yīng)力釋放，導(dǎo)致零件的部分尺寸出現(xiàn)了偏差。通過(guò)對(duì)多架次零件控制尺寸（開檔尺寸）的實(shí)際測(cè)量與分析，運(yùn)用反變形原理，對(duì)零件數(shù)模進(jìn)行反變形模型重構(gòu)，以控制零件變形趨勢(shì)，提高零件數(shù)控加工合格率。

1 整體骨架零件外形結(jié)構(gòu)特征

其部件結(jié)構(gòu)的精髓就在于座艙骨架的設(shè)計(jì)與制造。采用整體骨架設(shè)計(jì)的座艙活動(dòng)艙蓋，不僅代表了現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，而且有提高結(jié)構(gòu)件

座艙整體骨架是集前弧框、中弧框、后弧框、左側(cè)型材和右側(cè)型材五大零件為一體的整體構(gòu)件。如圖2所示，左右型材內(nèi)側(cè)為平面及平行，開檔尺寸為770mm，右型材分布有4個(gè)鉸鏈安裝槽，左型材分布有4個(gè)鎖座、2個(gè)定位插孔及凸臺(tái)。對(duì)應(yīng)的鎖座、鉸鏈安裝槽中心為同一平面稱為鎖與鉸鏈安裝中心面，各弧框及左右型材外形為飛機(jī)理論外形。

圖2 座艙整體骨架示意

2 整體骨架零件加工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的收集與分析

2.1 變形數(shù)據(jù)的收集與分析

通過(guò)001架至006架份座艙整體骨架制造現(xiàn)場(chǎng)，完成其變形數(shù)據(jù)收集。選擇左右型材在第1、第4鎖與鉸鏈安裝中心面的開檔尺寸770mm及前后弧框的高度尺寸（A、B、C為左側(cè)3點(diǎn)，A′、B′、C′為右側(cè)3點(diǎn)，O點(diǎn)為對(duì)稱軸線處見圖3）為測(cè)量參數(shù)。測(cè)量記錄見表1。

圖3 弧框外形加工后變化

表1 各架次開檔尺寸與前后弧框階差數(shù)據(jù)記錄表

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行2種情況下的比較與分析：

1）開檔尺寸變化量相同，前、后弧框一一對(duì)應(yīng)的比較，此時(shí)前后弧框高度變化方向相反：

2）開檔尺寸變化量相同，前、后弧框錯(cuò)位對(duì)應(yīng)的比較，即第一鉸鏈與第四鉸鏈高度進(jìn)行比較，此時(shí)前后弧框高度變化方向相同：

表中數(shù)據(jù)顯示，001架第一鉸鏈開檔尺寸變化量為5mm時(shí)，高度變化量最大，為0.9mm；002架第一鉸鏈開檔尺寸變化量為3mm時(shí)，高度變化量為0.9mm；004架、002架第一鉸鏈開檔尺寸變化量為4mm時(shí)，高度變化量為0.3mm，但是方向與其他架次的方向相反，可以剔除；006架第一鉸鏈開檔尺寸變化量為6mm時(shí)，高度變化量為1.7mm。同理，001架第四鉸鏈開檔尺寸變化量為6mm時(shí)，高度變化量最大，為2.6mm；002架第四鉸鏈開檔尺寸變化量為5mm時(shí)，高度變化量最大，為1.9mm；003架、004架第四鉸鏈開檔尺寸變化量為3mm時(shí)，高度變化量最大，為1.5mm；根據(jù)上述情況可知，當(dāng)?shù)谝汇q鏈開檔尺寸變化量為4mm時(shí)，前弧框高度尺寸變化為1mm左右；第四鉸鏈開檔尺寸變化量為4mm時(shí)，后弧框高度尺寸變化為1.7mm左右。

2.2 反變形工藝要求的確定

從上述幾架份整體座艙骨架的制造情況可以看出，骨架前弧框的開檔尺寸較理論值偏小，后弧框的開檔尺寸較理論值偏大，通過(guò)對(duì)整體座艙骨架開檔尺寸和端面間隙的分析，為了彌補(bǔ)加工變形對(duì)骨架的影響，進(jìn)行了整體骨架反變形加工的工藝研究。反變形加工工藝要求確定如下：

1）第1鉸鏈位置，開檔尺寸774；

2）第4鉸鏈位置，開檔尺寸766；

3）其余開檔尺寸按線性變化；

4）延航向向后偏移1mm，延航向向前偏移1mm；

5）前弧框和后弧框高度變化不超過(guò)2mm，弧長(zhǎng)需保持不變。

3 座艙整體骨架工藝數(shù)模設(shè)計(jì)

3.1確定變形區(qū)域

由數(shù)據(jù)顯示了變形發(fā)生在各弧框曲率上的變化，左右型材僅因各弧框的變形產(chǎn)生位置上的移動(dòng)，設(shè)計(jì)方案如下：

1）取消部分倒角，方便后續(xù)數(shù)模修型；

2）采用相交命令，提取各鉸鏈中心切面及各弧框切面外形（僅右側(cè)、左側(cè)對(duì)稱）；

3）化整為零，將零件拆卸為前弧框、中弧框、后弧框、左型材、右型材五個(gè)零件（見圖4）；

圖4 整體骨架分解

4）將左右型材按第1、第4鉸鏈中心開檔尺寸定位（見圖5）；

5）各切面外形按工藝要求隨型材移動(dòng)（見圖6）。

3.2 反變形外形面建立

1）偏置含高度變化的各切面外形曲線；

2）將各切面兩偏置曲線分為50點(diǎn)左右（見圖7）；

圖5 左右型材定位

圖6 切面曲線

3）擬合反變形參數(shù)各切面外形，按工藝要求選擇變形外形曲線點(diǎn)，端點(diǎn)切矢設(shè)定，對(duì)稱面處選擇垂

直對(duì)稱面，另一端選擇與移動(dòng)后的外形面相切；

4）按弧長(zhǎng)相等原則，調(diào)整過(guò)渡區(qū)節(jié)點(diǎn)，得到反變形外形切面數(shù)據(jù)；

5）據(jù)反變形外形切面數(shù)據(jù)曲率分析，其外形切面保持飽凸光順且無(wú)不連續(xù)點(diǎn)狀態(tài)（見圖8）；

6）據(jù)各弧框、鉸鏈中心切面修型及曲率分析，各切面均保持飽凸?fàn)顟B(tài)無(wú)不連續(xù)點(diǎn)（見圖9）；

7）據(jù)縱向外形分析，縱向外形呈飽凸光順且無(wú)不連續(xù)點(diǎn)狀態(tài)，并與橫向切面飽凸保持方向一致（見圖10)；

圖7 切面外形修型過(guò)程

8）反變形加工外形面創(chuàng)建：通過(guò)多截面曲面命令，實(shí)現(xiàn)反變形加工工藝數(shù)模外形設(shè)計(jì)(見圖11)。以橫向切面修型后的外形為截面曲線，修型后的縱向切面外形為引導(dǎo)線，建立反變形加工工藝數(shù)模外形面；

9)通過(guò)CATIA測(cè)量，得出與產(chǎn)品數(shù)模外形面總面積之間，面積僅增加0.001 m2。

3.3 各弧框變形區(qū)域?qū)嶓w設(shè)計(jì)

圖8 切面曲率分析

圖9 各切面曲率分析

圖10 縱向切面外形分析

圖11 反變形加工工藝數(shù)模外形

1）按反變形加工工藝數(shù)模外形面，分別為前弧框、中弧框及后弧框?qū)嶓w建立提取有效參數(shù)；

2）通過(guò)零件設(shè)計(jì)模塊命令完成各弧框零件設(shè)計(jì)；

3）通過(guò)添加或裝配的方式，將左右型材，前弧框、中弧框、后弧框至零件幾何體，倒圓角及部分特征后，完成反變形加工工藝數(shù)模設(shè)計(jì)；

4)質(zhì)量分析：在相同密度、相同零件狀態(tài)下，通過(guò)CATIA測(cè)量得出反變形工藝數(shù)模，與產(chǎn)品數(shù)模相比，其質(zhì)量?jī)H增加了0.002kg。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)座艙整體骨架加工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)記錄數(shù)據(jù)分析，找到了加工過(guò)程的應(yīng)力釋放產(chǎn)生的零件變形區(qū)域，采用反變形加工設(shè)計(jì)原理創(chuàng)建反變形加工工藝數(shù)模，給予零件變形區(qū)域適當(dāng)?shù)墓に囇a(bǔ)償。此工藝數(shù)模的設(shè)計(jì)，已在后續(xù)加工中得到論證。

[1]模線設(shè)計(jì).航空航天工業(yè)部航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HBO/Z 13-89.

[2]樣板制造.航空航天工業(yè)部航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HBO/Z 14-89.

[3]CATIA V5基礎(chǔ)教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

>>>作者簡(jiǎn)介

吳躍珍，女，1962年出生，工程師，長(zhǎng)期從事模線設(shè)計(jì)工作。

Research on Reversible Deformation Processing and Modeling Technology of Cockpit Integrated Skeleton

Wu Yuezheng,Xie Fei,Liu Yangyang

(AVIC-HONGDU,Nanchang,Jiangxi,330024)

Based on the measurement and data recorded from cockpit integrated skeleton on the spot,i.e.,analysis of part deformation data resulted from stress release during manufacturing,the reversible deformation processing principle is adopted to build a digital model of integrated skeleton for NC machining.The paper mainly introduces the design of digital model for the reversible deformation processing of part.

Cockpit integrated skeleton;on-the-spot measurement result;Reversible deformation processing;Digital model

2016-10-07）