飞机结构件柔性夹具设计及研究

发布时间：2020-11-01 15:00

　　 飞机结构件作为构成飞机机体骨架和气动外形的重要部件,它具有品种繁多、功能重要的特点。为了提高飞机结构件的加工质量,国内采用了先进的加工工艺,但是由于机床夹具的柔性化与自动化程度低,导致夹具数量多、夹具适用范围窄、工件装夹困难,严重影响了飞机结构件的加工效率和加工质量。在飞机结构件夹具设计过程中,需要花费大量的时间去构建零部件模型和虚拟装配,影响了夹具的设计效率。为了解决上述问题,本文进行了以下几方面的研究。首先,在CATIA环境下,利用VB语言开发了飞机结构件夹具设计系统。利用VB开发了夹具设计系统界面,实现了CATIA与系统界面的衔接,并设计了系统程序。运用变量驱动参数化建模方法与程序驱动参数化建模方法,实现了夹具元件的参数化建模,并使用宏录制方式来获取部分建模程序。利用CATIA提供的API接口和VB语言实现了附带约束关系的夹具各零部件间的虚拟装配。详细说明了夹具标准件库的建库方案,并举例说明了构建夹具标准件库的具体方法,介绍了夹具标准件库的结构。其次,以飞机桁类结构件的铣削加工为例,提出了一种柔性、快速、自适应、多工位夹具方案,并利用夹具设计系统实现了各零部件的参数化建模和虚拟装配,提高了夹具的设计效率。分析了飞机桁类结构件的特点,确定了夹具的夹紧和定位方案,实现了夹具结构的总体设计。详细分析了铰杆增力机构的原理,并设计了二次正交铰杆増力机构,以弥补气动传动夹紧力不足的缺点。设计了夹具气动夹紧系统,并详细说明了气动夹紧原理,提高了夹具的自动化程度。此夹具适用于不同尺寸的桁类零件,实现了工件的多工位加工,从而提高了夹具的柔性化程度。最后,采用西门子S7-200系列PLC设计了夹具控制系统。详细说明了夹具控制系统的控制要求,绘制了夹具控制系统的控制流程图,并完成了PLC控制器与传感器的选型,确定了夹具控制系统的组成结构。根据控制系统的控制要求,确定了I/O口地址分配,并根据I/O地址分配表,确定了控制系统接线图。根据程序设计的一般方法,在STEP7-Micro/WIN软件中编制了相应的控制程序,并对控制程序进行相应的调试,模拟实际工况,以保证控制程序的可行性。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V262
【部分图文】：

针对套类零件的结构特点，提出了一种面向套类零件的成组夹具。由于飞机结构件形状、尺寸差异较大，因此只有同类飞机结构件才适合采用可调夹具来实现柔性，一种可调夹具，如图1-1所示。图 1-1 一种可调夹具组合夹具是指在标准化与模块化的基础上，针对不同的加工对象，由一套标准的元件与组件装配成的专用夹具。标准的元件与组件具有高精度、可拆卸性、互换性和耐磨性。由于组合夹具具有组合性、可调性、高柔性等优点，是一种可重复使用的夹具系统，能够有效减少专用夹具的数量，因此组合夹具适用于单件、小批量和多品种的生产加工。组合夹具分为槽系组合夹具与孔系组合夹具。随着数控机床和加工中心在机械加工中的普遍使用，切削速度与进给量的不断提高，

夹具存在如下问题：夹具标准件较多，投资大，组装成的夹具体积大，占用一定的存储空间；夹具元件之间的配合环节多，精度不高，累积误差大。因此，大型飞机结构件不适合采用组合夹具来实现柔性，一种组合夹具，如图1-2所示。图 1-2 一种组合夹具相变与伪相变材料式柔性夹具发展迅速，相继出现了电流相变夹具、磁流相变夹具、温度式液体相变夹具以及伪相变材料夹具等。相变柔性夹具一般有一个充满相应介质的容器，并通过改变外界条件的方式来控制介质的物理形态，从而达到夹持工件的目的。宋灿等人[18]提出了具有实用价值的低熔点合金相变夹具，并指出其尚未解决的问题。Rong等人[19]对磁流相变材料进行了试验研究，并通过对磁流相变材料施加压力的方式来改变磁流相变材料的显微结构，显著增加了磁流相变夹具的夹紧力。宋灿等人[20]提出了一种新的基于相变材料的柔性夹具，为柔性夹具的研究与设计提出了一种新方法。张先舟等人[21]提出了一种利用磁流变特性变液相的柔性夹具。通过提高磁流变液在磁场中受到沿磁场方向的外界正压力，来大幅度提高剪切应力，从而提高了夹紧力[22-23]。适应性材料夹具是一种能够自动适应工件外形的被动式夹紧装置

夹具是一种由数字控制的支承元件、定位元件和机床工作台或固定在机床工作台上，能够做出多来，计算机数字控制式的柔性夹具系统发展成为机械加工系统。计算机数字控制式的柔性夹具是调整高度和尺寸的阵列式支柱、水平面上能够进系统和机电式驱动装置组成，支柱阵列能够根据种曲面或平面的定位系统，工件可通过机械或真系统具有良好的重构性，能够快速调整自身结构适用于多品种、小批量的零件生产。模块化程控飞机蒙皮切边、复合材料零件修整与钻孔、飞机广泛应用[27-28]。西班牙某公司研制了一种TORR所示。北京某航空研究所针对飞机蒙皮壁板的切制、定位器、夹持单元、离线仿真等关键技术的柔
【参考文献】

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1 李新红;蒋德云;孔晓玲;刘素梅;;机床专用夹具库系统的开发与应用[J];机械设计;2016年04期

2 花同全;;机床夹具参数化设计研究[J];机械;2016年03期

3 崔联合;;基于CATIA V5知识工程专用夹具CAD系统[J];组合机床与自动化加工技术;2015年08期

4 于建华;陈志同;;双臂自适应夹具加工变形控制方法[J];航空学报;2016年05期

5 宋灿;吕彦明;;基于相变材料的柔性夹具结构设计[J];机械制造;2015年05期

6 邹德强;;柔性线中典型液压夹具的设计[J];制造技术与机床;2015年05期

7 吴冬敏;沈铭;钟康民;;基于单缸双活塞和机械增力机构的夹紧装置[J];制造技术与机床;2014年06期

8 宋灿;吕彦明;李强;陈林;;基于相变材料的柔性夹具技术研究[J];工具技术;2014年04期

9 王准;;基于CAD平台的加工中心用组合夹具设计方法[J];制造技术与机床;2013年12期

10 刘映泉;;一种斜楔夹紧的成组发动机支架车削夹具[J];机械制造;2013年10期

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1 张溥海;基于CATIA二次开发的组合夹具设计研究[D];合肥工业大学;2017年

2 林勇;基于特征的飞机结构件数控加工工艺研究[D];南京航空航天大学;2013年

3 侯远滨;数控机床全自动夹紧系统的设计[D];哈尔滨工程大学;2007年

4 李崇洋;基于CATIA下的夹具快速设计及制造响应系统[D];江南大学;2005年

本文编号：2865701