飛機隔框CATIACAD課程設(shè)計

沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計某機機身14478站位面框CAD設(shè)計學(xué) 院專 業(yè)學(xué) 院專 業(yè)班 級學(xué) 號姓 名指導(dǎo)教師飛行器制造工程（航空維修）040305012010040305015劉華星秦政琪沈陽航空航天大學(xué)013年12月課程設(shè)計任務(wù)書院（系）航空航天學(xué)部 專業(yè)飛行器制造工程專業(yè)（航空維修）班級04030501學(xué)號2010040305015學(xué)生姓名劉華星課程設(shè)計題目 某機機身14478站位而框CAD設(shè)計課程設(shè)計時間2013年11月18日至12月6日地點校內(nèi)課程設(shè)計內(nèi)容及要求：內(nèi)容：了解飛機CAD建模規(guī)則，了解飛機數(shù)字化設(shè)計制造方法；了解飛機結(jié)構(gòu)；.熟悉CATIA軟件；.確定某機機身14478站位面（站位點）框相關(guān)參數(shù)；5.采用飛機數(shù)字化設(shè)計路線，對某機機身14478站位而（站位點）框結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；6.繪制二維裝配圖1份（不要求打?。?7.完成論文1篇，要求不少于5000字。畢業(yè)設(shè)計步驟：1?調(diào)研，即查找相關(guān)書籍、期刊資料；建立CAD數(shù)模；撰寫課程設(shè)計論文；申請答辯。參考文獻：[1]尤春風(fēng).CATIAV5高級應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005曾洪江.CATIAV5機械設(shè)計從入門到精通[M],北京：中國青年岀版社,2004.7程寶渠.飛機制造協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度與容差分配[M].北京航空工業(yè)出版社,1985.5[4]王云渤等.飛機裝配工藝學(xué)[M].國防工業(yè)出版社，1990年8月[5]唐榮錫.計算機輔助飛機制造[M].北京：國防工業(yè)出版社,1993月指導(dǎo)教師簽字 2013年11月18B某機身14478站位面（站位點）框CAD課程設(shè)計，是在飛機數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)上,運用飛機構(gòu)造學(xué)、材料力學(xué)、互換性與技術(shù)測量等知識，查詢飛機設(shè)訃手冊、機械設(shè)計手冊，利用CATIAV520軟件進行繪制以及裝配設(shè)計機身14478站未眠隔框。本次的隔框設(shè)計是在環(huán)形鋁合金框基礎(chǔ)上設(shè)訃的普通框，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是既要滿足裝配工藝性的要求乂要滿足互換性的要求。在此次的建模設(shè)訃中，通過先設(shè)計結(jié)構(gòu)樹，然后在零件模塊和產(chǎn)品模塊中,從草圖繪制器開始，創(chuàng)建隔框外形、減輕孔等結(jié)構(gòu)，同時可以結(jié)合一個實體多個特征完成零件的制作，將創(chuàng)建的不同零件按照配合關(guān)系裝配在一起形成產(chǎn)品。這個課程設(shè)計?整體體現(xiàn)了數(shù)字化制造的方便快捷性,同時顯示出了CATIA軟件在飛機制造行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢和光明的前景。關(guān)鍵詞：數(shù)字化制造技術(shù)；CATIA:隔框;結(jié)構(gòu)工藝性目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"1.1數(shù)字化技術(shù)發(fā)展及前景 1\o"CurrentDocument"1.2CATIA軟件的使用 2\o"CurrentDocument"2框的分析 4\o"CurrentDocument"2.1框的分類分析 4\o"CurrentDocument"2.1.1普通隔框 4\o"CurrentDocument"2.1.2加強隔框 5\o"CurrentDocument"2.2框的連接分析 6\o"CurrentDocument"2.3框的受力分析 6\o"CurrentDocument"3裝配設(shè)計 9\o"CurrentDocument"3.1框的設(shè)計 9\o"CurrentDocument"3.1.1偏移面的截取 9\o"CurrentDocument"3.1.2隔框外形設(shè)計 9\o"CurrentDocument"3.1.3工藝孔和減輕孔 10\o"CurrentDocument"3.1.4桁條缺口 11\o"CurrentDocument"3.1.5隔框的剖面形狀和厚度 12\o"CurrentDocument"3.1.6部分隔框之間的連接 13\o"CurrentDocument"3.2角片的設(shè)計 14\o"CurrentDocument"3.3隔框的裝配與協(xié)調(diào) 15\o"CurrentDocument"3.3.1隔框的裝配成型 15\o"CurrentDocument"3.3.2各零件之間的協(xié)調(diào) 15\o"CurrentDocument"3.4工程制圖出圖 16\o"CurrentDocument"4總結(jié) 17\o"CurrentDocument"參考文獻 181緒論隔框不僅將乘客、貨物等有效載荷以及機載設(shè)備等飛機本身質(zhì)量力通過sheartie傳遞給機身蒙皮，還通過隔框自身平面剛度使部分機身增壓載荷得以自平衡。此外，隔框還為機身蒙皮、長桁以及縱梁提供了橫向支撐，提高了蒙皮、長桁以及縱梁結(jié)構(gòu)的抗失穩(wěn)能力。數(shù)字化設(shè)訃的引進，從根本上提高了產(chǎn)品設(shè)訃制造的效率,同時對產(chǎn)品的優(yōu)化也有了很大的幫助，CATIA作為產(chǎn)品數(shù)字化的一種途徑，其精確安全,可靠性滿足商業(yè)防御和航空領(lǐng)域應(yīng)用的需要,同時其具有實時渲染模式、強大的曲面功能、簡便的實體功能、強大直觀的□錄樹管理等特點;口前CATIA在航空、航天領(lǐng)域的裝機量已經(jīng)達到本行業(yè)所有裝機量的60%,CATIA軟件的廣泛使用召喚我們對其熟練應(yīng)用，并且去發(fā)展它。1.1數(shù)字化技術(shù)發(fā)展及前景隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展及其與制造的融合，航空制造日益走向數(shù)字化。數(shù)字化已經(jīng)滲透到產(chǎn)品研制的設(shè)訃、制造、試驗和管理的全過程中，出現(xiàn)了飛機產(chǎn)品數(shù)字化定義、虛擬制造、仿真等單元技術(shù)。采用數(shù)字化設(shè)訃制造是保證飛機快速研制的必要手段。美國聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機（JSF）是體現(xiàn)數(shù)字化設(shè)訃制造技術(shù)應(yīng)用水平的典型實例，說明了數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)在提高飛機產(chǎn)品質(zhì)量、縮短研制周期方面至關(guān)重要的作用和地位。中國航空工業(yè)第一集團公司為了完成信息化建設(shè)，迎接國際航空市場激烈的競爭和挑戰(zhàn)，提出了基于信息技術(shù)、實現(xiàn)跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略構(gòu)想。數(shù)字化產(chǎn)品定義技術(shù)面向從設(shè)計、分析、制造、裝配到維護、銷售、服務(wù)等全生命周期的各個環(huán)節(jié)，用于描述和定義產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化過程中所應(yīng)包含的信息，及信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，使其成為計算機中可實現(xiàn)、可管理和可使用的信息。在數(shù)字化技術(shù)和制造技術(shù)融合的背景下，并在虛擬現(xiàn)實、計算機網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫和多媒體等支撐技術(shù)的支持下，根據(jù)用戶的需求，迅速收集資源信息,對產(chǎn)品信息、1：藝信息和資源信息進行分析、規(guī)劃和重組，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和功能的仿真以及原型制造，進而快速生產(chǎn)出達到用戶要求性能的產(chǎn)品整個制造全過程。其內(nèi)涵包括三個層面：以設(shè)計為中心的數(shù)字化制造技術(shù)、以控制為中心的數(shù)字化制造技術(shù)、以管理為中心的數(shù)字化制造技術(shù)。數(shù)字化制造技術(shù)的未來發(fā)展方向，利用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品全數(shù)字化設(shè)計與制造在CAD/CAM應(yīng)用過程中，利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM技術(shù)實現(xiàn)并行工程,可以極大地提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量，企業(yè)通過PDM可以進行產(chǎn)品功能配置,利用系列件、標(biāo)準(zhǔn)件、借用件、外購件以減少重復(fù)設(shè)計，在PDM環(huán)境下進行產(chǎn)品設(shè)計和制造，通過CAD/CAE/CAPP/CAM等模塊德集成，實現(xiàn)產(chǎn)品無圖紙設(shè)訃和全數(shù)字化制造;CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術(shù)與企業(yè)資源計劃、供應(yīng)管理、客戶關(guān)系管理相結(jié)合，形成制造企業(yè)信息化的體構(gòu)架。虛擬設(shè)計、虛擬制造、虛擬企業(yè)、動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟、敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造以及制造全球化，將成為數(shù)字化設(shè)汁與制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。制造工藝、設(shè)備和工廠的柔性、可重構(gòu)性將成為企業(yè)裝備的顯著特點⑴。數(shù)字化制造將成為21世紀(jì)企業(yè)裝備的顯著特點。將數(shù)字化技術(shù)用于制造過程，可大大提高制造過程的柔性和加工過程的集成性，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程的質(zhì)量和效率，增強工業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力。1.2CATIA軟件的使用CAD/CAM即計算機輔助設(shè)汁與制造,其含義是指產(chǎn)品設(shè)訃和制造人員根據(jù)產(chǎn)品設(shè)汁和制造流程，在計算機系統(tǒng)的支持下，進行設(shè)汁和制造的一項技術(shù)。一般講，一個完整的CAD/CAM系統(tǒng)是山計算機、外圉設(shè)備及附加生產(chǎn)設(shè)備等硬件和控制這些硬件運行的指令、程序即軟件組成。CATIA是法國Dassau1tSystem公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件，居世界cad/cae/cam領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子\電器、消費品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)訃與制造領(lǐng)域巴CATIA包括了機械設(shè)計，曲面造型，工程分析，電子設(shè)計，人機工程等一百多個模塊。在世界CAD/CAB/CAM領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位oCATIA被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子、電器、消費品行業(yè);它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)訃與制造領(lǐng)域，滿足了工業(yè)領(lǐng)域各類大、中、小型企業(yè)的需要。尤其在航天業(yè)，有八成以上的廠商使用CATIA軟件。波音飛機公司使用了CATIA完成了整個波音777的零件設(shè)計?和電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的奇跡，從而確定了CATIA在CAB/CAM/CAD行業(yè)中的領(lǐng)先地位。山于CATIA模塊很多，我們不能每個都學(xué)會，在我們常用的基礎(chǔ)模塊包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(Infrastructure)、機械設(shè)計(Meehanica1Design)、夕卜形設(shè)計(Shape)、工程分析⑶。機械設(shè)計(MechanicalDesign)是我們學(xué)習(xí)的重點，包括常見的部件設(shè)計、裝配設(shè)計、草圖、工程圖等⑷。2框的分析2.1框的分類分析機身隔框與機翼翼肋的作用相似，它是機身上的橫向受力構(gòu)件，從受力的觀點來看，隔框分為加強隔框和普通隔框兩類【5】。2.1.1普通隔框普通隔框:它的作用是保持飛機外形，支持蒙皮，提高蒙皮的穩(wěn)定性，以利于承受局部空氣動力載荷，它所承受的載荷不大,一般采用板材分段彎制而成，其外緣形狀以機身截面相似，內(nèi)緣往往以機身內(nèi)部布置相協(xié)調(diào)，這樣內(nèi)，外緣之間的距離是變化的，為了保證隔框的強度，內(nèi)，外緣隔框都有翻邊，另外，為了減輕重量，框的腹板上都有許多開孔。山于普通框的整體剛性較差,裝配時通常將普通框的一部分與桁條和蒙皮先組成壁板，然后在部件裝配和總裝配時形成整體的隔框。根據(jù)14478站位點的機身結(jié)構(gòu)，普通框復(fù)合要求，所以選用普通框。見圖2.1和2..2圖2.1普通隔框圖

<Z2ZZ3gZZZiz圖2.2<Z2ZZ3gZZZiz圖2.2普通框形狀2.1.2加強隔加強隔框:它除了具有普通隔框保持氣動外形的作用之外，更主要的作用是承受框平面內(nèi)的集中載荷，并傳給機身蒙皮，所以它是一個在集中力和分布剪流作用下平衡的平面結(jié)構(gòu)，與普通框相比，它的尺寸和重量都比較大。加強框的結(jié)構(gòu)形式與機身外形、內(nèi)部裝載布置、集中力大小、性質(zhì)以及支持它的機身結(jié)構(gòu)的特點有密切關(guān)系。若加強框兼做增壓座艙的氣密端框，則增壓載荷也會影響框的結(jié)構(gòu)形式。山此可見，影響加強框結(jié)構(gòu)的因素是多種多樣的，為了適應(yīng)不同的需要，加強框有多種結(jié)構(gòu)形式。但是從受力形式上看，加強框基本分為整體式、環(huán)式兩大類⑹。（如圖2.3）圖2.3加強框分類2.2框的連接分析飛機隔框的連接分為內(nèi)部連接和外部連接，隔框在外部與機身蒙皮、桁條等結(jié)構(gòu)相連接，在隔框內(nèi)部，隔框的各個部分之間通過T型角材連接接頭連接，并且在框的一面有角片連接，以便能和不同類型的桁條連接在一起。如圖2.4C%九r釦C%九r釦C圖2.4桁條種類和連接方式1?蒙皮;2.桁條;3-框;4-彎邊；5-角片出于結(jié)構(gòu)上和工藝上的考慮，選用如下圖所示的桁條形式來連接。選取HB0—31-83如圖2?5中A類搟後用的里功ft￥1對卩貳y?i4乂CM乂59TTWHB0■引詢ASi丿圖2.5選定的桁條剖面形狀2.3框的受力分析普通框用來維持機身的截面形狀。一般沿機身周邊空氣圧力為對稱分布，此時空氣動力在框上自身平衡，不再傳到機身的其他結(jié)構(gòu)上去。普通框都設(shè)計成環(huán)形框，當(dāng)機身為圓截面時，普通框的內(nèi)力為環(huán)向拉應(yīng)力；當(dāng)機身截面有局部接近平直段時，則普通框內(nèi)就會產(chǎn)生彎曲內(nèi)力。此外，普通框還受到因機身彎曲變形引起的分布壓力pi,pi是自身平衡的。如圖2.6(a)空氣壓力載荷(a)空氣壓力載荷(b)機身彎曲變形引起的壓力pi(c)壓力pi的分布加強框除上述作用外，主要功用是將裝載的質(zhì)量力和其他部件(機翼、尾翼等)上的載荷，經(jīng)連接接頭傳遞到機身結(jié)構(gòu)上，將集中力加以分散，然后以剪流的形式傳給機身蒙皮。加強框受垂直集中力的作用時，曲梁的最大彎矩在集中力作用點附近，其彎矩如圖2.7所示圖2.7隔框的彎矩圖加強框承受水平載荷時，作用于加強框的水平載荷通常是不對稱的。如圖2?8

圖2.8非對稱載荷的傳遞3裝配設(shè)計3.1框的設(shè)計3.1.1偏移面的截取查詢飛機設(shè)計手冊第十版表13-2【7】知，此類型的民用飛機的厚度最小為1.8mm,現(xiàn)取其厚度為2mm,以給出的飛機氣動外形為設(shè)計基準(zhǔn)，通過CATIA中的偏移命令，向里偏移2mm,留出蒙皮的厚度，然后在坐標(biāo)系位置通過偏移平面命令6找到14478站位點，再在反方向偏移20mm,ffl過創(chuàng)成式外形設(shè)計分割命令賓將偏移面截取出來，并令其他的剩余部分隱藏。如圖3.1圖3」偏移面的截取3.1.2隔框外形設(shè)計以飛機氣動外形為設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)計出結(jié)構(gòu)外形如圖3-2所示的框板結(jié)構(gòu)。該框是普通框，通過飛機設(shè)計手冊笫十冊中表13-2得知，該框框高159mrm用封閉曲面將偏移面實體化，然后用曲線平行命令把偏移面向內(nèi)部偏移159mm,在此基礎(chǔ)上，建立十字相交的基準(zhǔn)，且向兩側(cè)拉伸各20mm成曲面，把實體用曲面分成四部分;在零件設(shè)汁模塊中用矽1將其切割成四分之一，而后把偏移曲線投影,作凹槽臥，剩余四分之一，在此基礎(chǔ)上來進行下一步操作。如圖3.2圖3.2隔框外形的獲取3.1.3工藝孔和減輕孔山于裝配和成形工藝的需要，框板上需要制出裝配定位孔和系統(tǒng)通孔等各類工藝孔。各框板上設(shè)計有坐標(biāo)定位孔，用于在框板裝配型架上確定零件的正確的位置以便于定位裝配。在滿足框板結(jié)構(gòu)工藝性的前提下，為了減輕不必要的重量，因此各框板上應(yīng)開有減輕孔，減輕孔根據(jù)直角減輕孔HB0-16-2003?計而成，因為其材料選擇為LY12—M材料厚度為t=2mm故取大孔D^lOOmm小孔D2=58mm,大孔與小孔之間的距離是80mm,在每段隔框中，大孔平均分布在隔框中，每18°—個大孔，根據(jù)具體的框板工藝性確定具體數(shù)目為大孔4個/板，小孔10個/板。

圖3.3減輕孔形狀通過用CATIA建立角平分線、草圖，凹槽等命令先畫減輕孔如圖圖3.4減輕孔3.1.4桁條缺口查取航標(biāo)手冊標(biāo)準(zhǔn)HB0-31-83^,其材料選擇為XC231,所以框板上的桁條缺口選用的是槽形型材的桁條缺口設(shè)計，對應(yīng)的航標(biāo)選擇HB0-31-83,并且取倒圓角i-=2mm,主要尺寸取a=20mm,H=45mmo依據(jù)航標(biāo)尺寸，在以上圖形的基礎(chǔ)上畫出桁條缺口。如圖3.5和圖3.6

圖3.5桁條缺口圖3.6桁條缺口3.1.5隔框的剖面形狀和厚度通過查詢飛機設(shè)計手冊第十冊機身結(jié)構(gòu)設(shè)計?部分，此處設(shè)訃的框的剖面形狀為“U”行框，不僅能夠加強結(jié)構(gòu)的強度，而且對隔框的穩(wěn)定性有很大的幫助；為了保證飛機結(jié)構(gòu)的安全性和裝配工藝的優(yōu)化性，隔框的厚度設(shè)計為2mm同時在槽的內(nèi)部倒圓角r=5mm。在此處用盒體命令來完成。如圖3.7

具體的步驟為：繪制草圖f選擇曲面f抽殼f倒圓角f保存管理。圖3.7隔框剖面形狀3.1.6部分隔框之間的連接在3.1.5抽殼步驟中,在每四分之一隔框的兩端出都留有2mm厚度的材料，這樣在連接處形成雙U形連接接頭，此接頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強度大，在3.1.5中完成。圖3.8桁條接頭3?2角片的設(shè)計角片是連接隔框和桁條的重要結(jié)構(gòu)，不僅能起到固定隔框的作用，而且對隔框傳遞力至蒙皮有著至關(guān)重要的作用,在飛機裝配制造修理過程中，角片有時候也能扮演者定位的角色。根據(jù)航標(biāo)HB8070?2002【詢表2中，選擇角材的材料為XC113-8；角片的H=20mm,s=1.5mm,L=28mm在制作過程中，通過建立草圖，拉伸實體，然后在實體表面再建立草圖，通過盒體等命令建立出角片，最后倒圓角r=6mm和倒角45°,完成角片的設(shè)計。如圖3.9和圖3.10圖3.10角片實際圖3.3隔框的裝配與協(xié)調(diào)3.3.1隔框的裝配成型對于裝配問題，處理時有兩種方法卩1】。第一種是通過對零件在裝配約束關(guān)系的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，對合作完成部件的設(shè)計比較方便;第二種是直接在裝配模塊中通過自上而下的建模方法,這對于有單人完成的零部件設(shè)計建模比較方便。在此次課設(shè)中，隔框的設(shè)訃按照下面的步驟進行:一、偏移蒙皮2mm,截取20mm偏移后的蒙皮，封閉曲面。二、建立基準(zhǔn)，將實體截取，剩余四分之一部分，通過平行曲、凹槽和命令完成大體圖。三、在上一步的基礎(chǔ)上，建立減輕孔和桁條缺口的草圖,零件設(shè)計中完成減輕孔和桁條缺口。如圖3.11圖3」1裝配成型圖3.3.2各零件之間的協(xié)調(diào)互換指批生產(chǎn)中，同一種零件之間，在尺寸和形狀方面的一致性。協(xié)調(diào)至相配合的兩種零件在尺寸和形狀方面的一致性?；Q性不僅要體現(xiàn)協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度，還要求制造準(zhǔn)確度，而協(xié)調(diào)只體現(xiàn)協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度,因而具有互換性的零件，必將是協(xié)調(diào)的，所以協(xié)調(diào)是保證互換性的必要條件，在板金零件制造中,不但要求協(xié)調(diào)，而且要求互換?；Q，包括完全互換和不完全互換。而對飛機鞭金零件，不一定要求完全互換，但要求完全協(xié)調(diào)。

3.4工程制圖出圖在畫完整個裝配圖后，山工程制圖命令進入到工程圖,選擇零號圖紙，然后選擇正視圖命令，切換窗口進入到裝配圖中雙擊工程圖，導(dǎo)出正視圖，在此基礎(chǔ)上，選擇剖視圖命令按鈕，選擇如下圖所示剖面線，在右側(cè)導(dǎo)出A-A剖視圖；在角片位置，選擇詳細視圖命令，如正視圖