直升機復合材料構件數字化生產線技術探討(編輯修改稿)
2024-08-16 03:55 本頁面
【文章內容簡介】 所示。圖7復合材料構件二維圖紙及鋪層表的放大圖基于CAPPFrameWork和ORACLE， 結合企業(yè)復合材料工藝設計及管理的特點，開發(fā)了具有企業(yè)特點的復合材料構件快速工藝設計系統(tǒng)。系統(tǒng)主要功能模塊包括：產品結構管理、工作任務分配、工藝設計審批、工藝知識管理、材料定額信息管理、工藝文檔管理、用戶角色管理、系統(tǒng)配置工具等。工裝的數字化設計是實現復合材料構件數字化生產線技術的關鍵環(huán)節(jié)之一，主要內容包括標準件庫、典型工裝結構庫的建立，快速裝配技術研究和復合材料工裝快速設計系統(tǒng)開發(fā)等。在項目實施中，利用CATIA的建模功能建立組成組件的子零件，然后裝配生成組件，組件為Product形式。這種解決方案可在CATIA交互環(huán)境下運行，使用標準件庫時，提供三維預覽窗口，并且預覽模型能示意各主要參數，從而可以直觀地了解各參數的意義，進而可以脫離手冊的限制，能夠在CATIA當前裝配模型內生成所選組件的實體模型。基于CATIA二次開發(fā)了標準件批裝配模塊，實現了基于裝配特征的標準件的自動裝配。圖8所示為組件預覽界面。 復合材料構件數字化制造技術復合材料構件的數字化制造技術主要是結合我公司的軟硬件的實際情況，包括復合材料自動下料、激光投影等各方面技術。復合材料構件生產過程中，預浸料下料是一個費時、費力、繁瑣的工序，我公司采用專門的數控切割設備－自動剪裁機進行預浸料的平面切割，實現預浸料的自動下料。應用FiberSIM軟件設計的復合材料構件的每一三維鋪層信息展開為二維鋪層展開數據后，經鋪層切割數據轉換接口生成預浸料排樣數據，直接輸入自動剪裁機控制軟件指導材料自動切割。自動剪裁的預浸料消除了手工下料樣板，每一鋪層的形狀和纖維方向更加準確，并且都印有鋪層編號，減少了鋪放過程中的錯誤，其下料比手工下料效率可提高3倍以上，節(jié)約原材料20%左右，此外，排樣是優(yōu)化材料利用率的主要因素。圖9是座艙罩頂棚的排樣下料數據。 圖8 組件預覽界面 圖9下料數據復合材料專用設計/制造軟件FiberSIM基于構件的CAD三維設計數據生成激光投影數據輸入到激光投影系統(tǒng)中，通過特殊反光鏡，控制激光束將構件鋪層形狀輪廓線上的點依次投影到模具表面，由于點投影的更迭移動速度極快（每秒300m以上），在操作者眼中，模具或零件表面會生成相應的邊界輪廓線，操作者可根據該輪廓線進行有關的定位操作（如定位鋪疊等），從而實現各鋪層的精確定位，免除了傳統(tǒng)的鋪疊樣板。圖10是基于構件的三維實體模型生成激光投影數據的過程。圖10 激光投影數據的生成復合材料構件數字化生產線以全面采用數字化技術為主要標志，采用計算機定義、描述、管理和使用復合材料構件開發(fā)過程中所包含的數據以及這些數據之間的相互關聯。復合材料構件數字化設計和數字化制造是復合材料構件數字化生產線的主要組成部分，兩部分通過設計與制造之間的數據傳遞、轉換實現數據的集成。復合材料構件數字化生產線與傳統(tǒng)生產方式的顯著區(qū)別在于采用數字量形式對產品進行全面描述及數據傳遞，實現復合材料設計、材料、工藝的一體化。生產線數據流主要包括設計軟件與分析軟件之間的數據傳遞，產品設計與工裝設計間的數據傳遞，設計與工藝之間的數據傳遞，設計與制造系統(tǒng)的數據傳遞等。圖11是復合材料構件數字化生產線數據傳遞關系。 圖11復合材料構件數字化生產線數據傳遞關系(1)設計軟件與分析軟件之間的數據傳遞典型的復合材料構件設計首先基于預期的載荷確定設計要求，結合分析提出的設計要求以及其它使用環(huán)境等要求初步選定材料和成形工藝。初步選定材料和成形工藝后，通過FiberSIM軟件與分析軟件之間的接口將幾何模型和粗略的鋪層定義數據輸入有限元分析軟件進行結構計算以及結構優(yōu)化，并將區(qū)域劃分以及各區(qū)域的詳細鋪層定義數據反饋回復合材料工程環(huán)境進行鋪層詳細設計，設計完畢再將鋪層詳細定義數據包括纖維真實走向和其它細節(jié)等輸入分析軟件包進行設計驗證，如此反復修改、驗證直至達到最優(yōu)設計，分析是對設計結果的驗證，設計滿足分析提出的要求，設計人員與分析人員之間組成了一個閉環(huán)。(2）設計與工藝之間的數據傳遞工藝設計是連接產品設計和制造的橋梁，是產品從數字化概念定義走向實物的必不可少的信息轉換環(huán)節(jié)。工藝部門接收設計部門發(fā)放的產品設
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