飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器自動選取方法
2023-05-02 23:53:21 2
專利名稱：：飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器自動選取方法
技術領域：
：本發明涉及飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器一種自動選取方法，用於數控加工工裝CAD系統設計與開發，屬於飛機製造工裝智能設計
技術領域：
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背景技術：
：在飛機製造領域，定位器用於保證所定位的工件處於正確、可靠的位置以及各部件的互換和對接接頭的協調等。隨著我國飛機製造業水平的大幅提升，整體壁板和隔框等複雜構件在現代飛機結構中的應用，使飛機數控加工工裝結構也發生了相應的變化。接頭定位器因其定位準確、節省空間、方便美觀等優點，在設計和生產中越來越多地被採用，已成為飛機製造工裝中主要的定位元件，因而其設計將成為影響工裝的研製效率和周期的關鍵因素之一。在工裝CAD系統中，定位器的一般設計過程包括數據準備、零件造型和裝配建模等三個階段。由於定位器結構複雜、形式多樣等原因，整個設計過程繁瑣，而且在數據準備中存在人為的計算失誤，導致最終的設計結果出現結構尺寸不協調、定位器與產品或者工藝接頭間的定位關係不準確等問題。實現接頭定位器的自動設計，可以進一步簡化工裝設計過程並提高工裝設計效率。定位器由工作頭和標準定位器兩部分構成，其中標準定位器的自動選取是實現其自動設計的技術關鍵。
發明內容本發明提供一種飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器自動選取方法，能夠移植並嵌入專業三維CAD系統或是通用三維CAD系統實現飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器自動調用，進一步簡化工裝設計過程，提高工裝設計效率。該方法可以推廣應用到工裝其它專用標準件的自動調用。本發明的目的是通過下述技術方案實現的飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器自動選取方法，步驟如下(1)計算標準定位器的可定位域計算過程為①根據產品接頭位置和方向，確定定位器工作面；②應用工作面計算支撐元件的截面和截面尺寸；③根據支撐元件截面尺寸，計算各類型中所有規格定位器的單域；④根據支撐元件截面位置及可定位域定義系的設定，計算可定位域定義系在工裝設計坐標系中的位置和坐標軸方向；其中，定義係為直角坐標系0A^，其中，原點一般取支撐元件在工作面內截面的形心，^軸同向平行於定位器支撐面的法矢方向，^軸指向產品接頭方向。(2)計算產品接頭位置計算過程為①根據複雜構件設計坐標系在工裝設計空間內方位，計算產品接頭在工裝設計坐標系中的位置；②根據產品接頭在工裝空間中的位置，計算其在可定位域定義系中的位置坐標。其中整個計算過程涉及三個坐標系複雜構件設計坐標系OdXdYdZd、可定位域定義系(V(JiZi(為了統一維數，增加了Z軸，其中Z二XXY)和工裝設計坐標系0fXfYfZf，前兩者均定義在工裝設計坐標系中。所述的計算產品接頭在工裝設計坐標系的位置方法為設所述的計算產品接頭在複雜構件設計坐標系0dXdYdZd中的位置為P(xd，yd，zd)，那麼P在工裝設計系0fXfYfZf中為位置中(xf，yf，zf)為其中，^為工裝設計坐標系原點0f至P點的矢量，巧、s與^;分別為工裝設計坐標系方向矢量。所述的產品接頭在可定位域定義系中位置坐標的計算方法為P在可定位域定義系0JJ^工中的位置(Xlj，y'，Zlj)為v，s其中，^為可定位域定義系原點至P點的矢量，^、巧與g分別為定義系的方向(3)確定候選定位器根據候選定位器選擇依據選擇滿足條件的定位器；將步驟(2)求得的產品接頭在可定位域定義系中的位置坐標(Xlj，y)代入到如/入二下所示的可定位域計算公式，如果滿足條件，則該定位器為可供選用的定位器formulaseeoriginaldocumentpage5其中，(Xl，yi)為產品接頭在定義系中的位置，(l"w》為可定位域分別沿^和^方向的大小。(4)優選定位器若候選定位器不是唯一，則需要根據優選規則從中選擇一個作為最優先使用的定位器；所述的優選規則為①形狀匹配原則，即若工作頭的基礎形狀為塊狀，優先選擇雙導杆標準定位器；否則，亦即工作頭的基礎形狀為柱體，選擇單導杆定位器；②最小規格原則若同一類型定位器中同時有多個適用的規格，則優先選擇其中的最小規格。所述的可定位域是在定位器工作面內利用現有可供選擇的定位器可以定位的產品接頭的位置區域，按標準定位器的類型和規格，將其分為單域、類域和全域；對於某類定位器，用於定義其類域的屬性序列稱為這類定位器的屬性空間；定位器的屬性空間中各個屬性取值或取值範圍的集合，稱為該類定位器的參數值空間；屬性空間和參數值空間的組合稱為該類定位器的參數空間，在支撐面內，定位器位置可能的分布區域稱為位置域；可定位域的表示可定位域通過數據定義來進行表示，包括內部數據定義和外部數據定義，可定位域內部數據定義包括定位器的類型、規格系列、參數空間、類域算子、位置域算子和單域地址等元素；外部數據格式以文件形式存儲，包括了定位器類型、規格、參數、定位與位置等項，其中文件可看成是"段"的集合，而"段"的核心是定位器類域和位置域的定義，所述的標準定位器的內部數據定義為可定位域=(類型，規格系列，參數空間(A空間，V空間)，類域算子，位置域算子，單域地址)所述的標準定位器外部數據定義為〈文件〉=〈段>{〈段>}〈段>::=SEGMENT〈序號>:{TYPE:〈類型>SIZE〈規格M，〈規格〉)PARAMETERS:〈參數名>{，〈參數名>}VALUES:〈參數值11>，〈參數值12>，〈參數值21〉，〈參數值22〉，參數值ln〉，〈參數值2n〉參數值m2〉，〈yj十算函數〉，〈巧計算函數>...〈參數值ml〉，〈參數值m2〉，…，〈參數值mn〉〈x^計算函數〉，〈ya計算函數〉，〈U計算函數〉，〈w^計算函數〉}。本發明的有益效果本發明通過計算可定位域定義系和產品接頭位置、確定候選定位器、優選定位器等過程來自動確定滿足定位要求的標準定位器型號與規格。該方法能夠應用於"飛機複雜構件快速數控加工準備(PrtRMP)系統"中"工裝快速生成子系統"標準定位器自動選取程序的開發。此模塊能夠應用在多個航空型號飛機複雜構件數控加工工裝的設計，提高了工裝設計效率、縮短工裝研製乃至整個生產準備周期，具有良好的應用效益。此外，本發明也可推廣應用到飛機製造工裝其它專用標準件的自動調用。應用該方法，只需通過人工選取產品接頭以及定位器支撐面，可以自動選擇標準定位器，實現定位器自動化智能化快速設計，提高複雜構件數控加工工裝的設計效率和質量，從而縮短飛機研製周期。〈參數值ml〉，LOCATION:〈Xl計算函數〈L計算函數POSITION:〈xsl計算函數〈lsl計算函數圖1為標準定位器的自動選取流程圖；圖2為接頭定位器的可定位域示意其中A與B之間的寬度為零的矩形區域為可定位域，1為支撐面，2為支持元件；圖3為產品接頭位置計算用坐標變換；圖4應用本發明提供的方法開發的CAD軟體所設計的定位器實例。具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細的說明，本實施例是在以發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的實現過程，但是本發明的保護範圍不限於下述實施實例。圖1所示為標準定位器自動選取流程，包括標準定位器可定位域計算、產品接頭位置計算、候選定位器選擇、定位器優選等。具體實施步驟如下步驟1)計算標準定位器可定位域(SI)圖2所示為接頭定位器可定位域。可以表示為Bt[Xpyi，lnwj，其中(Xl，y》為產品接頭在定義系中的位置，(L，w》為可定位域分別沿&和1方向的大小；第1步根據產品接頭和位置和方向以及支撐元件有關條件，通過人工確定定位器工作面；第2步應用工作面計算支撐元件的截面和截面尺寸(a，b)。其計算方法為(下面以標準導杆定位器HB595為例來說明，該型定位器根據導杆伸縮長度L值300與500分為兩種規格，分別表示為300HB595與500HB596,該定位器的定位域見圖2所示。)計算可定位域:HB595的可定位域為BHB595[Xl，y"1"wj=AHB595(L，(a，b))，其中Ahb595為HB595的可定位計算算子，為乃=115-(6-130)/2=0w,=i+(6_130)式中，L的意義見前述；(a，b)為支撐元件的界面尺寸。確定定位器的參數空間:HB595的參數空間L為:LHB595={(L)，{(300)，(500)}}計算位置域HB595的位置域DHB595表示為DhB595[xs1，ysl，1S1，Wsi]=CHB595((a，b))&=一(6—130)/2=6—130第3步根據支撐元件截面尺寸，計算各類型中所有規格定位器的單域。HB595的單域為:B誦[xl，yl，11，wl]=A鵬5(300，(a，b))根據前面步驟(1)_(3)計算以及標準定位的外部數據定義，可以定義HB595的外部數據如下{TYPE:HB595SIZE:A300，A500，B300，B500PARAMETERS:LVALUES:300，500，300，5007formulaseeoriginaldocumentpage8第4步根據支撐元件截面位置及可定位域定義系的設定，計算可定位域定義系在工裝設計坐標系中的位置和坐標軸方向。其中，定義係為直角坐標系0A^，其中，原點(^一般取支撐元件在工作面內截面的形心，^軸同向平行於定位器支撐面的法矢方向，i軸指向產品接頭方向(見圖2)。步驟2)產品接頭位置計算(S2)圖3為產品接頭位置計算用坐標變換。產品接頭位置的計算過程為第1步根據複雜構件設計坐標系在工裝設計空間內方位，計算產品接頭在工裝設計系中的位置第2步坐標。即已知條件為複雜構件設計坐標系0dXdYdZd和可定位域定義系0JJiZi在工裝設計坐標系0fXfYfZf中的位置和方向，以及產品接頭在在0dXdYdZd中的位置P(xd，yd，zd)。根據計算，可得P在的位置(Xlj，y'，Zlj)為根據產品接頭在工裝空間中的位置，計算其在可定位域定義系中的位置formulaseeoriginaldocumentpage8步驟3)候選定位器選擇(S3)根據給定的候選定位器候選條件，從標準件庫中確定滿足條件的定位器，其選擇對於某標準定位器，t為其類型、s為規格，Bt[Xl，yi，115Wl]為可定位域定義系中單域，若產品接頭位置(x'，y力滿足下式，則該定位器為可供選用的定位器。<formulaseeoriginaldocumentpage8步驟4)定位器優選(S4)若定位器不唯一，需要根據優選原則從中選擇最優先使用的定位器。定位器優選原則如下(1)形狀匹配原則，即若工作頭的基礎形狀為塊狀，優先選擇雙導杆標準定位器；否則，亦即工作頭的基礎形狀為柱體，選擇單導杆定位器。(2)最小規格原則。若同一類型定位器中同時有多個適用的規格，則優先選擇其中的最小規格。經過上述步驟，通過人工選擇產品接頭和定位器支撐面作為初始條件，可以自動選擇滿足定位條件的標準定位器。其中應用本實施例上述方法步驟在開發的CAD軟體所設計的接頭定位器如圖4所示，其中3為標準導杆定位器HB595，是自動選取；4為工作頭。權利要求飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器自動選取方法，步驟如下(1)計算標準定位器的可定位域計算過程為①根據產品接頭位置和方向，確定定位器工作面；②應用工作面計算支撐元件的截面和截面尺寸；③根據支撐元件截面尺寸，計算各類型中所有規格定位器的單域；④根據支撐元件截面位置及可定位域定義系的設定，計算可定位域定義系在工裝設計坐標系中的位置和坐標軸方向；(2)計算產品接頭位置計算過程為①根據複雜構件設計坐標系在工裝設計空間內方位，計算產品接頭在工裝設計坐標系中的位置；②根據產品接頭在工裝空間中的位置，計算其在可定位域定義系中的位置坐標；其中整個計算過程涉及三個坐標系複雜構件設計坐標系OdXdYdZd、可定位域定義系OlXlYlZl和工裝設計坐標系OfXfYfZf，前兩`者均定義在工裝設計坐標系中；所述的計算產品接頭在工裝設計坐標系的位置方法為設所述的計算產品接頭在複雜構件設計坐標系OdXdYdZd中的位置為P(xd，yd，zd)，那麼P在工裝設計系OfXfYfZf中為位置中(xf，yf，zf)為xf=OfPXfyf=OfPYfzf=OfPZf其中，為工裝設計坐標系原點Of至P點的矢量，與分別為工裝設計坐標系方向矢量；所述的產品接頭在可定位域定義系中位置坐標的計算方法為P在可定位域定義系OlXlYlZl中的位置(xlj，ylj，zlj)為xlj=OlPXlylj=OlPYlzlj=OlPZl其中，為可定位域定義系原點至P點的矢量，與分別為定義系的方向矢量；(3)確定候選定位器根據候選定位器選擇依據選擇滿足條件的定位器；將步驟(2)求得的產品接頭在可定位域定義系中的位置坐標(xlj，ylj)代入到如下所示的可定位域計算公式，如果滿足條件，則該定位器為可供選用的定位器；xlxljxl+llylyljyl+wl其中，(xl，yl)為產品接頭在定義系中的位置，(ll，wl)為可定位域分別沿Xl和Yl方向的大小；(4)優選定位器若候選定位器不是唯一，則需要根據優選規則從中選擇一個作為最優先使用的定位器；所述的優選規則為①形狀匹配原則，即若工作頭的基礎形狀為塊狀，優先選擇雙導杆標準定位器；否則，亦即工作頭的基礎形狀為柱體，選擇單導杆定位器；②最小規格原則若同一類型定位器中同時有多個適用的規格，則優先選擇其中的最小規格。F2009102206328C00012.tif,F2009102206328C00013.tif,F2009102206328C00014.tif,F2009102206328C00016.tif,F2009102206328C00017.tif,F2009102206328C00018.tif2.根據權利要求1所述的飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器自動選取方法，其特徵在於所述的可定位域是在定位器工作面內利用現有可供選擇的定位器可以定位的產品接頭的位置區域，按標準定位器的類型和規格，將其分為單域、類域和全域；對於某類定位器，用於定義其類域的屬性序列稱為這類定位器的屬性空間；定位器的屬性空間中各個屬性取值或取值範圍的集合，稱為該類定位器的參數值空間；屬性空間和參數值空間的組合稱為該類定位器的參數空間，在支撐面內，定位器位置可能的分布區域稱為位置域；可定位域的表示可定位域通過數據定義來進行表示，包括內部數據定義和外部數據定義，可定位域內部數據定義包括定位器的類型、規格系列、參數空間、類域算子、位置域算子和單域地址等元素；外部數據格式以文件形式存儲，包括了定位器類型、規格、參數、定位與位置等項，其中文件可看成是"段"的集合，而"段"的核心是定位器類域和位置域的定義；所述的標準定位器的內部數據定義為可定位域=(類型，規格系列，參數空間(A空間，V空間)，類域算子，位置域算子，單域地址)所述的標準定位器外部數據定義為〈文件〉=〈段>{〈段>}〈段>::=SEGMENT〈序號>:(TYPE:〈類型>SIZE〈規格M，〈規格〉)PARAMETERS:〈參數名>{，〈參數名>}VALUES:〈參數值11>，〈參數值12>，…，〈參數值ln〉〈參數值21〉，〈參數值22〉，…，〈參數值2n〉〈參數值ml〉，〈參數值m2〉，…，〈參數值mn〉LOCATION:〈xj十算函數〉，〈yj十算函數〉，〈L計算函數〉，〈wJ十算函數〉POSITION:〈^計算函數〉，〈y^計算函數〉，〈U計算函數〉，〈w^計算函數〉全文摘要本發明提供一種飛機複雜構件數控加工工裝標準定位器自動選取方法，通過計算可定位域定義系和產品接頭位置、確定候選定位器、優選定位器等過程來自動確定滿足定位要求的標準定位器型號與規格。該方法能夠應用於「飛機複雜構件快速數控加工準備系統」中「工裝快速生成子系統」標準定位器自動選取程序的開發。提高了工裝設計效率、縮短工裝研製乃至整個生產準備周期，具有良好的應用效益。此外，本發明也可推廣應用到飛機製造工裝其它專用標準件的自動調用。應用該方法，只需通過人工選取產品接頭以及定位器支撐面，可以自動選擇標準定位器，實現定位器自動化智能化快速設計，提高複雜構件數控加工工裝的設計效率和質量，從而縮短飛機研製周期。文檔編號G05B19/4097GK101738983SQ20091022063公開日2010年6月16日申請日期2009年12月10日優先權日2009年12月10日發明者劉芳,初宏震,曹巍,杜寶瑞,鄭國磊申請人:瀋陽飛機工業(集團)有限公司;北京航空航天大學