框的catia设计课程设计.docx
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框的catia设计课程设计
飞机CAD/CAM课程设计
KS1102号框的CATIA设计
摘要
本次课程设计利用CATIA软件进行绘制以及装配。
通过对成熟机型机身隔框的分析,凭借所学知识设计一套隔框。
本套隔框设计的是腹板式隔框,设计的标准是既要满足装配工艺性的要求又要满足互换性的要求。
在CATIA中,实体模型的建立是从草图绘制器开始的。
然后根据草图创建特征,同时可以结合一个实体多个特征完成零件的制作。
而将创建的不同零件按照配合关系装配在一起则成了产品。
整个过程体现了CATIA软件的优越性,区别于传统绘制,明显的显现出了CATIA在飞机制造行业的应用范围及前景。
关键词:
CAD/CAMCATIA隔框结构工艺性
目录
前言1
第1章KS1102号框结构工艺性分析2
第2章KS1102号框具体结构设计3
2.1框板设计3
2.1.1材料选择与确定3
2.1.2板材表面处理与保护3
2.1.3框板剖面形状及厚度设计4
2.1.4框板弯边4
2.1.5桁条缺口的选用5
2.1.6工艺孔和减轻孔5
2.1.7框板连接接头5
2.1.8加强筋和连接长桁的定位角片6
2.3其他零件连接说明6
2.4KS1119号框钣金零件的协调6
2.5钣金零件的检验7
第3章KS1102号框的装配8
3.1进入CATIA装配模块8
3.2插入产品8
3.3创建约束9
总结11
参考文献12
前言
CAD/CAM即计算机辅助设计与制造,其含义是指产品设计和制造人员根据产品设计和制造流程,在计算机系统的支持下,进行设计和制造的一项技术。
一般讲,一个完整的CAD/CAM系统是由计算机、外围设备及附加生产设备等硬件和控制这些硬件运行的指令、程序即软件组成。
CATIA是法国达索系统公司推出的一个庞大的系统软件,包括了机械设计,曲面造型,工程分析,电子设计,人机工程等一百多个模块。
在世界CAD/CAB/CAM领域中处于领先地位。
CATIA被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器、消费品行业;它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,满足了工业领域各类大、中、小型企业的需要。
尤其在航天业,有八成以上的厂商使用CATIA软件。
波音飞机公司使用了CATIA完成了整个波音777的零件设计和电子装配,创造了业界的奇迹,从而确定了CATIA在CAB/CAM/CAD行业中的领先地位。
CATIAV5版本是IBM和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。
围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIAV5版本,可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。
在这个环境中,可以对产品开发过程的各个方面进行仿真,并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。
产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。
飞机隔框的作用是承受其框平面内的载荷,并传给机身蒙皮,所以它是一个在集中力和分布剪流作用下的平衡的平面结构。
它们的重量比较大,设计的好坏对机身结构重量又很大的影响。
隔框的结构形式与参数等与机身外形、内部装载布置、集中力大小、性质以及支持它的机身结构的特点有密切关系。
框分为普通框和加强框,普通框用于维持飞机外形和固定蒙皮、桁条。
加强框用于承受来自机翼、尾翼、起落架、发动机和货物的集中力并把这些力传到蒙皮上。
框在自身平面内刚度较大;借助蒙皮能能很好地承受自身平面内的横向弯曲。
综上所述,影响隔框结构的具体因素很多,故隔框形式也甚多。
从受力型式上看,可分为刚框(环形)式、腹板(包括球面框)式、构架式三大类。
本次课程设计设计的隔框是腹板式普通隔框结构(以下简称KS1102号框)。
第1章KS1102号框结构工艺性分析
腹板式框的主要特征是通过布置在腹板上的型材受轴向力、腹板受剪力而把集中力扩散到机身壳体蒙皮上。
腹板框框缘中的应力相对刚框要小得多,所以这种框的缘条不需要很强。
KS1102号框,原材料为铝合金钣材和型材。
零件制造工作量小,但是需要成型模具,装配工作量较大并需要装配型架。
其材料利用率较高但是结构连接关系多,影响疲劳寿命。
由于零件重叠次数较多,结构效率,低重量较高。
此框的承载能力不是很高。
如图1-1所示,它属于轴对称件,它主要由四个框板和四个连接框板接头以及中腹板铆接组成,框板和连接板上均有连接所用的铆钉孔,每个框板板上又安装了若干个个加强筋,并带有不同方向的弯边、下陷。
隔框边缘开有用于装配桁条的开口和角材。
每块框板上开有减轻孔和工艺孔,并按标准加工出装配定位的坐标定位孔。
锐边进行适当的倒圆角。
图1-1KS1102号框结构图
第2章KS1102号框具体结构设计
2.1框板设计
以飞机气动外形为设计基础设计出结构外形如图2-1-1所示的框板结构。
图2-1-1框板结构图
KS1102号框为普通框,将来可用于飞机座舱口框、地板和侧壁蒙皮的铆接。
2.1.1材料选择与确定
飞机钣金零件常用的材料种类很多,一般可分为铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金、碳素钢、合金钢及不锈钢。
根据KS1102号框的工艺性分析可知,选用材料为LY12—MO,该材料在退火和新淬火状态下塑性尚可,可热处理强化,是一种最主要的航空合金。
LY12经退火处理(LY12-MO)抗拉强度小于245Mpa,伸长率为12%。
LY12经过淬火和自然时效(LY12-CZ),当型材厚度小于5.0mm时,抗拉强度为392Mpa,屈服强度为294Mpa,伸长率为10%;当型材厚度在5.1~10.0mm之间时,抗拉强度为412Mpa,屈服强度为294Mpa;当型材厚度在10.1~20.0mm之间时,抗拉强度为422Mpa,屈服强度为364Mpa;当型材厚度在20.0~40.0mm之间时,抗拉强度为441Mpa,屈服强度为313Mpa;当型材厚度大于40.0mm时,抗拉强度为392Mpa,屈服强度为294Mpa;以上状态下伸长率均为10%。
2.1.2板材表面处理与保护
金属及其合金由于受外部介质的化学或电化学作用而引起的金属破坏,影响金属及其合金的正常使用。
为防止这种破坏,应该对金属及其合金进行保护。
因此,对于KS1119号框的板材进行电化学氧化法——阳极氧化法进行保护,可大大提高抗腐蚀能力,延长零件使用寿命。
2.1.3框板剖面形状及厚度设计
KS1119号框的剖面选用“Π”字形,该剖面定位基准稳定可靠,加工工序集中,一次装夹定位可加工大部分的部位。
各框板的厚度均为5.0mm。
2.1.4框板弯边
为了满足框板承力的结构工艺性,各框板均由钣材弯制而成,弯边的形式有三种:
直弯边、凸弯边和凹弯边。
KS1119号框板采用凸弯边,弯边的尺寸是根据HB0-17-2003标准确定。
如图2-1-4-1所示。
框板:
由于δ=5.0mm,取h=40mm;r=10mm。
LY12最小弯曲半径r=1.6δ=8mm,上述所选板弯零件弯边圆角半径均大于所选材料的最小弯曲半径。
因此,零件在加工过程中,弯曲处的材料会断裂的机会大大降低。
通过CATIA零件设计,先绘制草图→凸台拉伸→抽壳→倒角→保存管理。
弯边生成,如图2-1-4-2所示。
图2-1-4-1
图2-1-4-2框板弯边
2.1.5桁条缺口的选用
根据桁条选用的型材为XC111,HB0-23-83。
所以框板上的桁条缺口选用的是角形型材的缺口设计,选用标准HB0-27-83。
通过CATIA零件设计,绘制草图→凹槽→倒角→保存管理。
行条缺口生成,如图2-1-5所示。
图2-1-5桁条缺口
2.1.6工艺孔和减轻孔
由于装配和成形工艺的需要,框板上需要制出装配定位孔和系统通孔等各类工艺孔。
各框板上设计有坐标定位孔,用于在框板装配型架上确定零件的正确的位置以便于定位装配。
在满足框板结构工艺性的前提下,为了减轻不必要的重量,因此各框板上应开有减轻孔,减轻孔根据金属结构减轻孔HB0-12-83标准设计而成,取D1=100mm根据具体的框板工艺性确定具体数目为2个/板。
通过CATIA零件设计,绘制草图→凹槽→保存管理。
制孔生成,如图2-1-6所示。
图2-1-6-1工艺孔和减轻孔
2.1.7框板连接接头
各隔框通过T型角材进行连接,该板材选用材料为LY12M,采用凸弯边的弯边形式,结构简单,工艺成本低。
通过CATIA零件设计,绘制草图→凸台拉伸→抽壳→倒圆角→保存管理。
T型角材连接接头生成,见图2-1-7-1所示。
图2-1-7-1T型角材
2.1.8加强筋和连接长桁的定位角片
在结构设计过程中,出现结构体悬出面过大,或跨度过大的情况,在这样的情况下,结构件本身的连接面能承受的负荷有限,则在两结合体的公共垂直面上增加一块加强筋,以增加结合面的强度。
加强筋角材结构如图2-1-8-1所示。
图2-1-8-1加强筋
而连接长桁的定位角片如图2-1-8-2所示。
图2-1-8-2定位角片
通过CATIA零件设计,绘制草图→凸台拉伸→抽壳→倒圆角→倒直角→保存管理。
零件生成。
2.3其他零件连接说明
如无特殊说明,钣金零件的连接均应用普通铆接。
2.4KS1119号框钣金零件的协调
互换指批生产中,同一种零件之间,在尺寸和形状方面的一致性。
协调至相配合的两种零件在尺寸和形状方面的一致性。
互换性不仅要体现协调准确度,还要求制造准确度,而协调只体现协调准确度,因而具有互换性的零件,必将是协调的,所以协调是保证互换性的必要条件,在钣金零件制造中,不但要求协调,而且要求互换。
互换,包括完全互换和不完全互换。
而对飞机钣金零件,不一定要求完全互换,但要求完全协调。
2.5钣金零件的检验
现代飞机结构和系统中采用大量的钣金零件,不仅数量多,而且形状各异,选用的金属材料品种、规格也极多,借助多种成形加工的方法来满足产品图纸的要求。
除了产品图纸另有明确规定外,绝大多数钣金零件的验收标准是依据通用的检验技术要求加以规定的。
第3章KS1102号框的装配
3.1进入CATIA装配模块
KS1102号框由多个零件组成,由多次装配形成。
而每一次装配又涉及到涉及到多个零件。
装配件设计模块的主要作用就是将零件通过约束条件组合,形成完整的产品,并且可以对此产品进行标注等工作,装配的重点在于如何适当地利用约束,装配设计模块主要界面如下图3-1-1:
图3-1-1装配件设计模块
3.2插入产品
选择结构树中的“产品1”,然后单击按钮
选取现有部件,系统弹出“文件选择”对话框如图3-2-1,从对话框中依次选择各零件,然后单击“打开”按钮。
新部件随即添加到结构树中,如图3-2-2。
图3-2-1文件选择
图3-2-2结构树
3.3创建约束
装配过程常用的命令为相合约束、面约束等。
点击图标
,即约束相合的零件,线和轴,线和点都可用此约束,点击图标
即约束面与面的接触等,点击图标
即偏移约束,点击图标
即操作移动。
之后装配成的三维实体如下图3-3-1所示:
图3-3-1产品装配三维实体
总结
CATIA课程设计使我逐渐更多的掌握了CATIA软件的基本操作方法,了解到了该软件的设计思想。
通过这次课程设计,我从对CATIA只有初步的认识到现在可以独立的完成飞机钣金件的三维造型与装配,也学会了用CATIA绘制工程图。
通过这次实践,我对飞机钣金工艺的理论知识有了更深的理解,在设计的过程中翻阅了大量的参考书及手册,让我对钣金零件的设计和制造有一个新的认识。
可以说短短的几天里我学会了许多许多知识,受益匪浅。
同时,我也感受到了自己对CATIA的了解还很肤浅,有很多功能还不会使用,这也坚定了我继续努力学习CATIA的决心。
在以后的日子里在老师同学的帮助下我一定会更加完善的掌握CATIA软件的各种模块。
最后诚挚地感谢邹老师在这期间对我悉心教导!
参考文献
[1]《航空制造工程手册》总编委会主编。
航空制造工程手册飞机装配[M]。
北京:
航空工业出版社,1993.
[2]肖景容,姜奎华主编。
冲压工艺学[M]。
北京:
机械工业出版社,1999.
[3]飞机构造学。
沈阳航空航天大学
[4]胡海龙.CATIAV5R18基础设计,清华大学出版社,2010.
[5]马铁林.从零开始-CATIA机械设计基础培训教程,人民邮电出版社,2004.
[6]曾洪.CATIA机械设计从入门到精通,中国青年出版社,2004.
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- 关 键 词:
- catia 设计 课程设计