文獻(xiàn) [627]結(jié)合 FixCAD系統(tǒng)項(xiàng)目 ,分別研究了飛機(jī)裝配型架接頭定位器和骨架的快速設(shè)計(jì)方法 ,并開發(fā)了相關(guān)設(shè)計(jì)工具 ,在很大程度上提高了設(shè)計(jì)效率 ,但未考慮以下因素 :①將型架元件作為獨(dú)立的對(duì)象進(jìn)行研究 ,未考慮元件與飛機(jī)產(chǎn)品、元件之間的內(nèi)在聯(lián)系、協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)與設(shè)計(jì)迭代 ,以及開敞性、剛度要求和人機(jī)工程等設(shè)計(jì)約束的影響。
②主要研究標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) ,但飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、空間狹窄 ,造成型架元件設(shè)計(jì)自由度大 ,設(shè)計(jì)結(jié)果常常因機(jī)型而異、因人而異 ,因此非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)應(yīng)用更為廣泛。
當(dāng)前 ,國內(nèi)飛機(jī)制造大型工裝設(shè)計(jì)缺乏有效的計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)工具 ,設(shè)計(jì)人員憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行骨架設(shè)計(jì)常常造成定位夾緊件結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,甚
1 布局問題描述
飛機(jī)制造大型工裝主要由骨架、定位夾緊件和輔助裝置組成 ,前兩者構(gòu)成工裝的主體。骨架是工裝的基體 ,主要用于定位夾緊件的固定和支撐 ,同時(shí)確保這些元件空間位置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。定位夾緊件是用于固定和壓緊工件以確定產(chǎn)品幾何參數(shù)或尺寸要素的元件 ,包括工作件和支撐件兩部分。輔助裝置包括產(chǎn)品支承調(diào)整裝置、產(chǎn)品進(jìn)出架吊運(yùn)裝置、工作架和工作梯等 [1]。
飛機(jī)制造大型工裝的結(jié)構(gòu)可以表示成由骨架元件 (梁、柱等 )集合 F、定位夾緊件集合 L、輔助裝置集合 E和關(guān)系 R構(gòu)成的四元組 :
J = (F,L,E,R) (1) 工裝元件之間的關(guān)系 R描述如下 :
(1)
將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中與定位夾緊件連接的部分稱為產(chǎn)品定位特征 P ,則一個(gè)定位夾緊件一般連接一個(gè)產(chǎn)品定位特征 ,但有時(shí)考慮到開敞性等因素 ,可能連接多個(gè)定位特征 ,即定位夾緊件由一個(gè)支撐件和若干工作件組成。
(2)
以骨架元件上是否安裝定位夾緊件為依據(jù) ,將骨架元件分為骨架主元件 FM和骨架次元件 FS。一個(gè)骨架主元件上可能連接一個(gè)或多個(gè)定位夾緊件。
(3)所有骨架元件焊接成一個(gè)整體 ,固定在
地基或底座 B上。因此 ,飛機(jī)制造大型工裝的布局設(shè)計(jì)可以看做是產(chǎn)品定位特征依次通過定位夾緊件和骨架傳遞到地基的過程。飛機(jī)制造大型工裝的布局問題可以描述成一個(gè) 4層樹狀結(jié)構(gòu) ,如圖 1所示。
圖 1 飛機(jī)制造大型工裝的布局問題描述 Fig1 1 Description of layout for large tooling in aircraft manu2 facture
將上述 4層結(jié)構(gòu)中的各結(jié)點(diǎn)分別封裝成集合 ,建立它們之間的依次映射 ,則關(guān)系 R可表示為 R=P →L → F →B(2)
2 邏輯構(gòu)件
設(shè)計(jì)空間是表示產(chǎn)品功能組件的一組抽象元素 ,一個(gè)設(shè)計(jì)空間實(shí)際上是被一個(gè)功能單元占用的子空間 ,即一個(gè)代表邏輯功能的子裝配或組件的容器 [8]。引入邏輯構(gòu)件概念 ,以邏輯構(gòu)件的形式來表達(dá)飛機(jī)制造大型工裝的設(shè)計(jì)空間和約束 ,以支持工裝布局設(shè)計(jì)。
邏輯構(gòu)件 (Logic Component ,LC)是真實(shí)結(jié)構(gòu)的抽象表達(dá) ,只強(qiáng)調(diào)與本設(shè)計(jì)階段相關(guān)的信息 ,忽略其他信息 ,在粒度上可以是零部件 ,也可以是一些基本幾何元素。邏輯構(gòu)件具有形式化描述產(chǎn)品構(gòu)成中特定功能需求的能力 ,包括一定的設(shè)計(jì)功能語義 ,具有高度的抽象性 [9210 ]。
飛機(jī)制造大型工裝布局設(shè)計(jì)在概念設(shè)計(jì)階段
完成 ,以避免工裝結(jié)構(gòu)大范圍的設(shè)計(jì)迭代。此時(shí) ,
運(yùn)用邏輯構(gòu)件對(duì)工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象描述 ,即將與
工裝布局設(shè)計(jì)有關(guān)的關(guān)鍵信息提取出來進(jìn)行抽象
建模 ,而不考慮工裝結(jié)構(gòu)具體的零組件數(shù)據(jù)信息。
大型工裝邏輯構(gòu)件是一組表征工裝各主要元件布
局位置和相互關(guān)系的基本幾何元素 ,由其主要功
能元件的邏輯構(gòu)件綜合表征。大型工裝的布局設(shè)
計(jì)主要圍繞定位夾緊件和骨架的設(shè)計(jì) ,以下分別
研究它們的邏輯構(gòu)件表示。
21 1 定位夾緊件邏輯構(gòu)件的表示
隨著航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的增加 ,以及標(biāo)準(zhǔn)定位夾緊件逐漸暴露出來的結(jié)構(gòu)笨重和操作繁瑣等缺點(diǎn) ,工裝設(shè)計(jì)過程中非標(biāo)準(zhǔn)定位夾緊件被大量采用。本文從不同的結(jié)構(gòu)形式中抽象出一種統(tǒng)一的定位夾緊件表示方法 ,即對(duì)定位夾緊件邏輯構(gòu)件進(jìn)行表示。
依據(jù)對(duì)飛機(jī)制造大型工裝布局問題的論述 ,定位夾緊件設(shè)計(jì)受到定位特征和骨架結(jié)構(gòu)的制約。產(chǎn)品定位特征 (接頭和工藝孔等 )與定位夾緊件工作件的連接方式為定位面貼合與定位孔軸對(duì)
(OH,V),且 H ∈ Fj (3)式中 :L表示定位夾緊件 ; Fj為骨架元件軸線。
定位夾緊件邏輯構(gòu)件表征定位夾緊件的布局特征和設(shè)計(jì)要點(diǎn) ,在此基礎(chǔ)上可初步確定定位夾緊件的位置、剛度、開敞性、拆卸要求等 ,其幾何表示如圖 2所示。
圖 2 定位夾緊件邏輯構(gòu)件的幾何表示 Fig1 2 Geometric description of logical component of locator
21 2 骨架邏輯構(gòu)件的表示
骨架由若干標(biāo)準(zhǔn)型材零件焊接而成 ,零件截面形狀沿軸線方向保持一致。為簡(jiǎn)化工裝安裝過程 ,一般要求骨架元件軸線方向與定位方向垂直或平行。為保證工作件到達(dá)骨架的路徑最短 ,定
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