座艙整體骨架反變形加工建模技術研究

吳躍珍，謝飛，劉洋洋

(中航工業洪都，江西南昌330024）

座艙整體骨架反變形加工建模技術研究

吳躍珍，謝飛，劉洋洋

(中航工業洪都，江西南昌330024）

通過對某機型座艙整體骨架加工現場實測記錄數據，即加工過程由于應力釋放產生的零件變形的數據進行分析，采用反變形加工原理，創建含反變形工藝要求的整體骨架工藝數模，用于整體骨架數控加工。本文重點闡述了用于零件反變形加工的工藝數模設計。

座艙整體骨架；現場實測記錄；反變形加工；工藝數模

0 引言

某機型座艙活動艙蓋，是飛機座艙上可開啟、拋放的活動構件。活動艙蓋成半圓弧形狀，前臨前風擋，后接機身某斜框，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。抗疲勞性能，減輕結構件重量等功能。由于座艙整體骨架其尺寸大，外形復雜，精度要求高，給加工帶來很大困難。傳統的機加工藝方法，效率低，鉗工工作量大，質量得也不到保證。數字化加工應用后，實現了零件制造全過程的數控加工。但由于數控加工中的加工應力釋放，導致零件的部分尺寸出現了偏差。通過對多架次零件控制尺寸（開檔尺寸）的實際測量與分析，運用反變形原理，對零件數模進行反變形模型重構，以控制零件變形趨勢，提高零件數控加工合格率。

1 整體骨架零件外形結構特征

其部件結構的精髓就在于座艙骨架的設計與制造。采用整體骨架設計的座艙活動艙蓋，不僅代表了現代飛機結構設計的發展方向，而且有提高結構件

座艙整體骨架是集前弧框、中弧框、后弧框、左側型材和右側型材五大零件為一體的整體構件。如圖2所示，左右型材內側為平面及平行，開檔尺寸為770mm，右型材分布有4個鉸鏈安裝槽，左型材分布有4個鎖座、2個定位插孔及凸臺。對應的鎖座、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理論外形。

圖2 座艙整體骨架示意

2 整體骨架零件加工現場實測數據的收集與分析

2.1 變形數據的收集與分析

通過001架至006架份座艙整體骨架制造現場，完成其變形數據收集。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3點，A′、B′、C′為右側3點，O點為對稱軸線處見圖3）為測量參數。測量記錄見表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據記錄表

根據表中的數據，進行2種情況下的比較與分析：

1）開檔尺寸變化量相同，前、后弧框一一對應的比較，此時前后弧框高度變化方向相反：

2）開檔尺寸變化量相同，前、后弧框錯位對應的比較，即第一鉸鏈與第四鉸鏈高度進行比較，此時前后弧框高度變化方向相同：

表中數據顯示，001架第一鉸鏈開檔尺寸變化量為5mm時，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，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，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，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，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，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，高度變化量最大，為1.5mm；根據上述情況可知，當第一鉸鏈開檔尺寸變化量為4mm時，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，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，通過對整體座艙骨架開檔尺寸和端面間隙的分析，為了彌補加工變形對骨架的影響，進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2mm，弧長需保持不變。

3 座艙整體骨架工藝數模設計

3.1確定變形區域

由數據顯示了變形發生在各弧框曲率上的變化，左右型材僅因各弧框的變形產生位置上的移動，設計方案如下：

1）取消部分倒角，方便后續數模修型；

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、左側對稱）；

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（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）擬合反變形參數各切面外形，按工藝要求選擇變形外形曲線點，端點切矢設定，對稱面處選擇垂

直對稱面，另一端選擇與移動后的外形面相切；

4）按弧長相等原則，調整過渡區節點，得到反變形外形切面數據；

5）據反變形外形切面數據曲率分析，其外形切面保持飽凸光順且無不連續點狀態（見圖8）；

6）據各弧框、鉸鏈中心切面修型及曲率分析，各切面均保持飽凸狀態無不連續點（見圖9）；

7）據縱向外形分析，縱向外形呈飽凸光順且無不連續點狀態，并與橫向切面飽凸保持方向一致（見圖10)；

圖7 切面外形修型過程

8）反變形加工外形面創建：通過多截面曲面命令，實現反變形加工工藝數模外形設計(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線，建立反變形加工工藝數模外形面；

9)通過CATIA測量，得出與產品數模外形面總面積之間，面積僅增加0.001 m2。

3.3 各弧框變形區域實體設計

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 反變形加工工藝數模外形

1）按反變形加工工藝數模外形面，分別為前弧框、中弧框及后弧框實體建立提取有效參數；

2）通過零件設計模塊命令完成各弧框零件設計；

3）通過添加或裝配的方式，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模設計；

4)質量分析：在相同密度、相同零件狀態下，通過CATIA測量得出反變形工藝數模，與產品數模相比，其質量僅增加了0.002kg。

4 結語

綜上所述，通過對座艙整體骨架加工現場實測記錄數據分析，找到了加工過程的應力釋放產生的零件變形區域，采用反變形加工設計原理創建反變形加工工藝數模，給予零件變形區域適當的工藝補償。此工藝數模的設計，已在后續加工中得到論證。

[1]模線設計.航空航天工業部航空工業標準HBO/Z 13-89.

[2]樣板制造.航空航天工業部航空工業標準HBO/Z 14-89.

[3]CATIA V5基礎教程.北京：機械工業出版社，2013.

>>>作者簡介

吳躍珍，女，1962年出生，工程師，長期從事模線設計工作。

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）