飞机蒙皮拉形工艺辅助设计系统开发.pdf

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1、bletai㈨。。金属成形飞机蒙皮拉形工艺辅助设计系统开发李晓星，毕研华，葛字龙(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京1()()191)[摘要]针对某一型号蒙拉机，基于UG建模并进行运动仿真。结合有限元仿真软件，研究了蒙拉机运动参数与有限元仿真边界条件之间的转换算法对ABAQUS进行了二次开发，直接把机器工作时运动轨迹参数生成有限元仿真边界条件。通过对蒙皮拉形工艺的有限元仿真，验证了系统的准确性，为有限元仿真技术在实际生产中的应用提供了参考。关键词：运动参数；UG；蒙皮拉形；有限元仿真；转换算法Dol：10．16080／j．issnl67l-833x．2016

2、．17．041●_李晓星北京航空航天大学机械工程及自动化学院教授．巴黎高科法国高等工程大学客座教授，研究方向为数字化板料成形先进工艺、设备及自动化控制技术以及非接触光学数字化检测技术。飞机蒙皮是组成飞机气动外形非常重要的部件，其生产质量直接影响飞机的性能，甚至关系着飞机上人员的生命安全。蒙皮拉形是生产飞机蒙皮最主要的方法，而蒙皮拉形过程中蒙拉机机构的运动轨迹、运动顺序、运动时间差、运动位移量以及蒙皮自身回弹等都是影响飞机蒙皮成形的重要因素。近年来，我国飞机工业有了飞速发展，但是与欧美发达国家还是有一定的差距，尤其是制造业方面，加T精度、加工质量都不高。很多高性能飞机

3、大量使用翼身融合和马鞍形布局的飞机蒙皮，其加T难度大、加工精度难保证、成形质量低等特点，以工艺人员生产经验和重复试验为基础的传统蒙皮生产方式已经无法满足飞机制造的要求⋯二由于拉形参数及运动方式复杂，加之零件成形缺陷繁多，长期以来，蒙皮零件的加工强烈依赖生产经验，导致成形质量不稳定【2lj因此需要寻找一种新的蒙皮生产方案，满足生产质量要求，提高蒙皮制造水平j在制定蒙皮拉形工艺时，为了进行有限元模拟分析，优化工艺参数，常利用i维软件建立蒙拉机的简化模型，对运动进行仿真查看机构的干涉问题p1．并将拉形轨迹与机床运动参数进行转换。很多学者对该问题进行了研究，刘益成H】、孑L

4、永明口】、白雪飘161、李卫东卜81、韩志f■H等研究了数控蒙皮拉形机的加载轨迹设计方法，并对机床的运动机构及仿真问题进行了分析和研究，但大多数的研究没有将运动参数与有限元仿真边界条件直接联系起来，使用时需要操作者具备较多的有限元专业知识，影响了它在工厂实际生产中的推广应用。本文所开发的系统解决了上述问题，操作者直接使用机床的控制界面给出机器的运动参数，系统就能在后台将其转化成有限元的边界条件，避免了和有限元专业知识打交道的限制，并以空间几何学为基础，以某一型号纵横合一蒙拉机为研究对象，对机构进行合理简化，基于UG建模，进行了机构运动仿真和运动参数的分析计算，并建立

5、有限元模型。对拉形加载轨迹进行有限元仿真，改善成形质量，提高成形效率

6、lo『。本文重2016年第17期·航窄制造技术4l簧论坛ⅫuM点研究有限元仿真边界条件与蒙拉机运动轨迹的转换算法，给出两者之间的关系方程，开发程序使工人操作简单，分析有限元仿真结果，预测可能产生的缺陷，最终给出合理的蒙拉机机构运动参数，优化蒙皮拉伸成形工艺，提高成形质量和效率。蒙皮成形运动仿真系统的构建1蒙皮成形工艺蒙皮的拉形过程如图1所示。首先是蒙拉机两端的夹钳将蒙皮板料夹持住，并进行预拉伸。当板料达到塑性变形状态时，模具顶升，同时夹钳进行俯仰(或俯仰加拉伸)运动，使板料与模具形面始终保持相切的

7、状态，并始终保持钳头对板料处于拉伸状态。当板料与模具完全贴合以后，往往需要继续对板料拉伸(称为补位)，预拉可以使板料应力均匀分布，补位可以减少板料的回弹[111。F．是预拉伸力，E是拉包成形的拉伸力，M是拉包成形时给板料的转矩。2蒙拉机简化模型构建本文采用某国产纵横合一蒙拉机，如图2所示。纵横合一蒙拉机是多连杆机构，机构运动复杂，运动参数的计算以及运动机构的控制精度直接影响蒙皮的成形质量和效率。在不影响运动规律的前提下，进行了合理的机构简化，基于UG软件建立简化后的蒙拉机模型如图3所示。。厂、。／＼(a)板料预拉伸t(b)模具上顶，板料包覆成形图1蒙皮拉形示意图Fi

8、g．1Schematicdiagramofskinstretchforming42航空制造技术·2016年第17期3机构运动分析该型号蒙拉机是左右对称形式，其运动坐标在图3中给出，整个u型摆臂安装到托架驱动滑块上，在驱动缸的作用下，驱动滑块带动整个u型摆臂在水平导轨上沿着，r轴移动；同时俯仰缸带动u型摆臂沿着朋轴旋转，其中x1轴随着托架驱动滑块移动；钳口变形缸带动夹钳，根据模具形面进行运动参数调整；夹钳图2某型号国产蒙拉机Fig．2Atypeofhomemadeskinstretchformingmachine旋转缸带动钳口在U型摆臂上绕着y1轴旋转；工作台顶升