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基于飞机标准件装配设计技术的研究

2017/2/9    来源:互联网    作者:杜宝江  王翔  朱晨旗  余冬平  冯玉林      
关键字:标准件  装配  信息库  飞机设计  
标准件广泛运用于飞机设计领域之中。以飞机在装配过程中使用的标准件为研究对象,提取标准件装配过程中所涉及的信息,并根据标准件信息的特点,提出对标准件信息分类和管理的方法,创建了标准件信息库,并在此基础上创建了标准件的装配设计系统,解决了设计人员反复手动添加标准件的缺陷,实现了飞机标准件组的装配设计功能,有效提高了飞机标准件的装配效率,缩短了产品开发周期,并在实践中取得良好的效果。

引言

    在飞机的设计过程中,大量使用标准件,这给飞机的设计、制造和装配带来很大的方便。设计人员可以直接从标准件库中选取满足需求的标准件,大大减少了非标零件的设计,缩短了飞机的设计周期,减少了生产成本。然而在实际的装配流程中,设计人员首先要将选定的标准件载入设计系统,然后还要载入与之相对应的其他标准件,并根据装配特征创建装配约束,将所有相关零件作为一个整体装配到一起,最后与其他部件完成后续装配。尽管这一过程并不复杂,但面对大量标准件组成的装配体而言,尤其是像成套或成组使用的标准件,设计人员需要反复选择零件,重复创建约束,这在某种程度上降低了生产效率。

    针对这一问题,本文利用信息文件存储装配关系,有效实现了飞机标准件的装配设计功能,并以螺栓为例验证了系统功能的可行性。在飞机的设计过程中,大量使用标准件,这给飞机的设计、制造和装配带来很大的方便。设计人员可以直接从标准件库中选取满足需求的标准件,大大减少了非标零件的设计,缩短了飞机的设计周期,减少了生产成本。然而在实际的装配流程中,设计人员首先要将选定的标准件载入设计系统,然后还要载入与之相对应的其他标准件,并根据装配特征创建装配约束,将所有相关零件作为一个整体装配到一起,最后与其他部件完成后续装配忙J。尽管这一过程并不复杂,但面对大量标准件组成的装配体而言,尤其是像成套或成组使用的标准件,设计人员需要反复选择零件,重复创建约束,这在某种程度上降低了生产效率。

    针对这一问题,本文利用信息文件存储装配关系,有效实现了飞机标准件的装配设计功能,并以螺栓为例验证了系统功能的可行性。

1 装配系统总体框架

    根据标准件在装配过程中的设计需求,所要创建系统的目标是提供一个快速、准确和可视化的操作平台,减少在设计过程中对标准件的选取、调用和装配等重复操作。所创建的标准件装配设计系统作为系统运行基础的底层数据平台,包括交互层、应用层和支撑层三个层次,其总体框架如图1所示。

图1 标准件装配设计系统总体框架

图1 标准件装配设计系统总体框架

    交互层:是系统与用户之间的沟通桥梁,主要指CATIA软件环境下的用户界面。系统界面接受设计请求,并将其指令发送至应用层,同时将应用层的反馈结果以三维实体模型、参数表设置等直观的形式在系统界面上呈现,即交互层提取应用层中的相关知识信息,根据应用层的反馈结果向CATIA发送相应的指令,从而完成对飞机标准件的装配设计。

    应用层:是系统实现相应功能的核心。它主要有标准件模型信息、标准件对应关系信息和装配信息等,并将这些信息统一封装在数据库中,通过接收由交互层提供的信息处理指令,将指令传至数据库中查找相关标准件信息并做进一步处理,然后将结果反馈至交互层。应用层是实现系统所有后台数据处理操作的技术层。

    支撑层:是系统的数据基础及运行保障,是系统的操作环境,也是整个装配设计系统运行的根本保障。

2 标准件信息及约束的创建方法

    2.1 标准件信息的定义

    信息是设计的基础,信息的获取是设计的重中之重。信息是人类在长期的社会实践和科学实践中积累起来的,而标准件信息则是与标准件本身相关的一些尺寸信息、工程信息、装配信息和配置信息等。按照功能可以将标准件信息分为标准件模型信息、标准件与产品的对应关系信息,以及标准件的装配信息等。

    2.1.1 标准件模型信息

    标准件模型信息是与标准件几何实体构造相关联的信息,包括标准件模型的几何特征信息、几何模型的系列尺寸信息和几何模型的材料信息等。基于标准件几何模型相似的特点,标准件模型信息可采用参数化设计。参数化设计是一种全新的设计方法,它利用几何约束来表示几何模型的形状特征,并通过关联主要特征尺寸的方法来约束其他尺寸特征,具有良好的可修改性,设计人员可以通过尺寸的驱动来完成零件的更新。以螺栓为例,当其螺纹直径和公称长度两个主要尺寸被确定后,其他参数就可以通过查阅模型尺寸信息表而唯一确定。

    2.1.2 标准件与产品的对应关系信息

    标准件与产品的对应关系信息即标准件与标准件的关联信息,不同类别的标准件需要有与其相配合的标准件配套。载入某一规格标准件后,通过对关联信息文件的查询,便可从标准件库中自动载人与之相关的其他标准件,并把它们作为一个整体装配到一起。因为在整个设计过程中,标准件并不是孤立存在的,还有许多与之相关联的标准件,正是这些关联信息才是实现装配设计的基础。例如当载人螺栓时,通过查询与之相匹配的螺母和垫圈信息的记录,可以实现将其整体装配到一起载入系统以完成后续装配。

    2.1.3 标准件的装配信息

    标准件的装配信息是与标准件装配设计相关的信息,因为在装配设计过程中,不仅要求载人相关联的标准件,而且还需要建立标准件与标准件之间的约束关系,才能完成整体装配,而标准件在装配过程中主要是通过轴特征和面特征来完成约束,因此可将装配信息划分为装配特征信息和装配约束信息。装配特征定义了装配体中各个组件间的体素特征和关系特征,包括面、轴和点等几何要素,这些需要在标准件的建模过程中定义和建立;装配约束是装配基体与标准件相对位置的限制条件,可以通过共线约束、接触约束等约束关系来限制装配零件的自由度,实现零件的定位。

    标准件的装配特征与装配约束类型关系如表1所示,一般常用的主要是面面之间的贴合与线线之间的同轴,如螺栓与垫圈的约束关系就有螺栓底面与垫圈上面的贴合,螺栓杆部与垫圈孔部轴线之间的同轴等。

表1 标准件装配特征与装配约束类型关系

表1 标准件装配特征与装配约束类型关系

责任编辑:马倩
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