基于模型定义的中机身自动化装配关键技术研究

发布时间：2017-10-20 10:42

  本文关键词：基于模型定义的中机身自动化装配关键技术研究

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【摘要】：飞机作为现代飞行器中最具代表性的产品,其零部件形状和结构复杂、尺寸大、刚度小,同时新一代飞机的综合服役性能要求进一步提高,进而对飞机的装配质量提出了更高的要求,特别是对装配连接工艺提出了严苛的要求。近年来,随着三维数字化设计制造技术的发展,基于模型定义的零件制造和装配数字量协调体系正在取代传统的模拟量协调体系,同时快速发展的柔性化、自动化装配技术成为新飞研制的重要技术手段,这些先进技术相互交叉融合,正深刻地改变传统的飞机制造模式。本文针对大型客机C919中机身自动化装配中的关键技术难题,开展了深入的研究,论文取得的主要研究成果如下:(1)针对基于模型定义的飞机数字化建模技术,探讨了面向飞机装配的MBD模型构建方法。论述了MBD数据集的数据组织形式和定义要求,分析了飞机协同设计模式下MBD数据集的产生流程;结合飞机MBD零件数据集和装配数据集的工艺应用,提出了MBD数据集下自动钻铆孔位点信息的自动提取方法和面向虚拟装配的轻量化装配仿真模型生成方法。(2)针对中机身自动化装配的柔性定位需求,研究了一种基于并联构型的柔性定位技术。应用方位特征集提出了多自由度柔性定位工装的并联构型设计方法,基于螺旋理论和并联机构雅克比矩阵条件数对驱动副优选,并对柔性定位工装的调姿性能进行了分析,该方法已成功应用于C919中机身总装柔性装配型架的设计过程中,证明了该方法的可行性,为实现飞机装配柔性定位提供新的技术途径。(3)针对中机身自动化装配连接中的制孔工艺问题,研究了飞机装配制孔的单向压紧自动化制孔技术。采用有限元仿真分析确定影响单向压紧制孔的主要工艺参数,提出了一种基于自适应响应面法的单向压紧制孔工艺参数优化方法,结合典型自动化制孔设备开展了工艺试验研究,通过试验结果验证了该优化方法的有效性。(4)针对C919中机身采用的新型铝锂合金材料,研究了铝锂合金壁板自动化钻铆技术。在对铝锂合金材料铆接工艺性讨论的基础上,提出了一种适用于铝锂合金壁板自动钻铆的干涉铆接工艺控制方法,通过大量工艺试验,获得了满足干涉量要求的铝锂合金壁板自动钻铆工艺参数,为相关工艺规范的制定提供了理论支持。在上述关键技术研究的基础上,本文结合大型客机C919中机身的自动化装配生产线规划,对中机身装配站位的划分、中机身装配过程的数字化仿真、中机身壁板自动化钻铆工艺与离线编程算法等相关技术进行了详细的论述。上述技术的研究为大型客机C919的研制提供了技术保证,应用实践表明:基于模型定义的飞机自动化装配技术是提高飞机装配质量和效率的重要途径。
【关键词】：飞机装配 数字化 自动化 模型定义 铆接
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V262.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-30
• 1.1 引言14-15
• 1.2 飞机数字化装配技术15-18
• 1.3 飞机装配柔性定位技术18-20
• 1.4 飞机装配自动化制孔技术20-24
• 1.5 飞机装配自动化铆接技术24-28
• 1.6 本文主要研究内容及章节安排28-30
• 第二章 飞机三维数字化模型定义技术30-47
• 2.1 引言30
• 2.2 飞机MBD数据集模型30-34
• 2.2.1 飞机MBD模型构建30-33
• 2.2.2 MBD数据集定义要求33-34
• 2.3 飞机MBD数据集内容34-41
• 2.3.1 MBD数据集产生流程34-35
• 2.3.2 MBD零件数据集内容35-39
• 2.3.3 MBD装配数据集内容39-41
• 2.4 飞机MBD数据集的工艺应用41-46
• 2.4.1 自动钻铆孔位点信息提取41-44
• 2.4.2 轻量化装配仿真模型生成44-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第三章 基于并联构型的柔性定位技术47-70
• 3.1 引言47
• 3.2 并联机构方位特征及驱动副配置47-50
• 3.2.1 并联机构方位特征描述48
• 3.2.2 并联机构驱动副配置48-50
• 3.3 柔性定位系统并联构型50-57
• 3.3.1 柔性定位系统构型拓扑设计50-51
• 3.3.2 柔性定位系统并联构型求解51-57
• 3.4 柔性定位系统调姿性能分析57-63
• 3.4.1 柔性定位系统位姿解算58-59
• 3.4.2 柔性定位系统调姿误差59-60
• 3.4.3 柔性定位系统调姿空间60-63
• 3.5 中机身多部件柔性定位系统63-69
• 3.5.1 中机身多部件装配定位需求63-64
• 3.5.2 各部件柔性定位系统64-65
• 3.5.3 三坐标数控定位器65-68
• 3.5.4 基于并联构型的中机身柔性定位系统68-69
• 3.6 本章小结69-70
• 第四章 单向压紧制孔工艺参数优化技术70-91
• 4.1 引言70-71
• 4.2 单向压紧制孔工艺71-79
• 4.2.1 框间对接制孔夹层间隙分析71-76
• 4.2.2 单向压紧制孔工艺参数确定76-79
• 4.3 基于自适应响应面的制孔工艺参数优化79-85
• 4.3.1 自适应响应面模型构造80-81
• 4.3.2 框间对接的制孔工艺参数优化81-85
• 4.4 单向压紧自动化制孔工艺验证85-90
• 4.4.1 基于轻型自主移动制孔系统的工艺验证85-88
• 4.4.2 基于柔性轨道制孔系统的工艺验证88-90
• 4.5 本章小结90-91
• 第五章 铝锂合金壁板自动化铆接技术91-110
• 5.1 引言91
• 5.2 铝锂合金壁板自动钻铆工艺技术91-98
• 5.2.1 壁板自动钻铆应力场分析92-95
• 5.2.2 压铆力对于干涉铆接干涉量的影响95
• 5.2.3 镦头高度的控制95-96
• 5.2.4 干涉铆接工艺控制方法96-98
• 5.3 铝锂合金干涉铆接工艺试验验证98-108
• 5.3.1 试验过程和设备98-99
• 5.3.2 干涉量试验结果及分析99-103
• 5.3.3 镦头尺寸工艺试验结果及分析103-107
• 5.3.4 夹层厚度的影响107-108
• 5.4 铝锂合金和2024铝合金自动钻铆工艺对比分析108-109
• 5.4.1 干涉量工艺控制对比分析108
• 5.4.2 镦头尺寸工艺控制对比分析108-109
• 5.5 本章小结109-110
• 第六章 大客中机身自动化装配工艺规划110-128
• 6.1 引言110-111
• 6.2 中机身装配站位的划分111-113
• 6.3 中机身装配工艺过程仿真113-120
• 6.3.1 装配顺序和路径仿真113-116
• 6.3.2 干涉检查和分析116
• 6.3.3 人机工程116-118
• 6.3.4 中机身部件和总装过程仿真118-120
• 6.4 中机身壁板自动化钻铆规划120-126
• 6.4.1 机身壁板自动钻铆工艺需求120-122
• 6.4.2 自动钻铆路径规划122-126
• 6.5 本章小结126-128
• 第七章 总结与展望128-131
• 7.1 全文工作总结128-129
• 7.2 未来研究展望129-131
• 参考文献131-140
• 致谢140-141
• 博士期间研究成果141

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