飛機隔框CATIACAD課程設(shè)計

1、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)院航空航天工程學(xué)部專業(yè)飛行器制造工程（航空維修）班 級 學(xué) 號25姓 名 劉華星指導(dǎo)教師秦政琪沈陽航空航天大學(xué)2013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 學(xué)號 25 學(xué)生姓名劉華星課程設(shè)計題目某機機身14478站位面框CAD設(shè)計課程設(shè)計時間 2程3年11月 里日至2 月 6 日 地點 校內(nèi)課程設(shè)計內(nèi)容及要求：內(nèi)容：1 .了解飛機CADt模規(guī)則，了解飛機數(shù)字化設(shè)計制造方法；2 . 了解飛機結(jié)構(gòu)；3 .熟悉CATIA軟件；4 .確定某機機身14478站位面（站位點）框相關(guān)參數(shù)；5 .采用

2、飛機數(shù)字化設(shè)計路線，對某機機身 14478站位面（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；2 .建立CA噴模；3 .撰寫課程設(shè)計論文；4 .申請答辯。參考文獻：1尤春風(fēng).CATIA V5高級應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，20052曾洪江.CATIA V5機械設(shè)計從入門到精通M,北京：中國青年出版社,2004.73程寶渠.飛機制造協(xié)調(diào)準確度與容差分配M.北京航空工業(yè)出版社,1985.54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

3、京：國防工業(yè)出版社,1993月指導(dǎo)教師簽字 2013 年 11 月 18日某機身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)計手冊、機 械設(shè)計手冊，利用CATIA V520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)計的普通框，設(shè)計標準是既要滿足裝配工 藝性的要求又要滿足互換性的要求。 在此次的建模設(shè)計中，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

4、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1緒論11.1 數(shù)字化技術(shù)發(fā)展及前景11.2 CATIA軟件的使用 22框的分析42.1 框的分類分析42.1.1 普通隔框42.1.2 加強隔框52.2 框的連接分析62.3 框的受力分析63裝配設(shè)計93.1 框的設(shè)計93.1.1 偏移面的截取93.1.2 隔框外形設(shè)計93.1.3 工藝孔和減輕孔 103.1.4 桁條缺口 113.1.5 隔框的剖面形狀和厚度 123.1.6 部分隔框之間的連接

5、 133.2 角片的設(shè)計143.3 隔框的裝配與協(xié)調(diào)153.3.1 隔框的裝配成型153.3.2 各零件之間的協(xié)調(diào) 153.4 工程制圖出圖164總結(jié)17參考文獻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shear tie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。止匕外， 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)計的引進，從根本上提高了產(chǎn)品設(shè)計制造的效率，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

6、時其具有實時渲染模式、強大的曲面功 能、簡便的實體功能、強大直觀的目錄樹管理等特點；目前 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)計、 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)計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)計制造技術(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

7、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、工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

8、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/CA怵用過程中,利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDMK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PDMT以進行產(chǎn)品功能配置，利用系列件、標準件、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

9、現(xiàn)產(chǎn)品 無圖紙設(shè)計和全數(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)計 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10數(shù)字化制造將成為21世紀企業(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。1.2 CATIA軟件的使用CAD/CAM即計算機輔助設(shè)計與制造，其含義是指產(chǎn)

10、品設(shè)計和制造人員根據(jù)產(chǎn)品 設(shè)計和制造流程，在計算機系統(tǒng)的支持下，進行設(shè)計和制造的一項技術(shù)。一般講，一個 完整的CAD/CAM系統(tǒng)是由計算機、外圍設(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Dassault System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)計與制造領(lǐng)域2。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。CA

11、TIA被廣泛應(yīng)用于航空航 大、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)計與制造領(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。由于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(Mechanical Design)、外形設(shè)計(ShapR、 工程分析網(wǎng)。機械設(shè)計(Mecha

12、nical Design)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4。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。由于普通框的整體剛性較差，

13、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普通隔框圖圖2.2普通框形狀2.1.2 加強隔框加強隔框：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。由此

14、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 。（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 2.4圖2.4桁條種類和連接方式UT W TTW圖2.5選定的桁條剖面形狀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.

15、5中A類或比 £ 看另 丈 一A型I TOYTTT2.3 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壓力為對稱分布，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。止匕外，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2.6lu)(b)(c)圖2.6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(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

16、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 2.81田圖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 13-27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，通過CATIA中的偏移命令， 向里偏移2mm,留出蒙皮的厚度，然后在坐標系位置通過偏移平面命令 名找到14478 站位點，再在反方向

17、偏移 20mm,通過創(chuàng)成式外形設(shè)計分割命令 2，將偏移面截取 出來，并令其他的剩余部分隱藏。如圖 3.1圖3.1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)計手冊第十冊中表 13-2得知，該框框高159mm。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，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)計模塊中用可，將其切割成四分之一，而后把偏移曲線投影，作凹槽虹，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

18、外形的獲取3.1.3 工藝孔和減輕孔由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 HB0-16-20039計而成，因為其材料選擇為 LY12-M 材料厚度為t=2mm故取大孔Di=100mm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180一個大孔，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。ku圖3.3減輕孔形狀

19、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 桁條缺口查取航標手冊標準HB0-31-838,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)的航標選擇HB0-31-83 ,并且取倒圓角r=2mm,主要尺寸取a=20mm, H=45mm。依據(jù)航標尺寸，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)計的框的剖面形狀為 “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

20、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：繪制草圖一選擇曲面一抽殼一倒圓角一保存管理圖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HB8070-2002

21、10表2中，選擇角材白材料為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11。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)計按照下面的步驟進行：一、偏

22、移蒙皮2mm,截取20mm偏移后的蒙皮，封閉曲面。二、建立基準，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3.11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。互換性不僅要體現(xiàn)協(xié)調(diào)準確度，還要求制造準確度，而協(xié)調(diào)只體現(xiàn)協(xié)調(diào)準確度，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， 在鉞金 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 對飛機鉞金零件，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，由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，如正視圖下方位置局部視圖。如圖3.12所示圖3.12工程制圖4總結(jié)此次的CATIA課程設(shè)計，使我更深一步的了解到了數(shù)字化應(yīng)用的優(yōu)越性，C