（航空宇航制造工程专业论文）航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究.pdf

1，1 - n 雒j i n gu n i v e r s i t yo f a e r o n a u t i c sa u l da s 仃o n a u t i c s t h eg r a d u a t es c h 0 0 1 c 0 1 l e g eo fm e c h 锄i c a l 狃d e 1 e c 仃o n i c a le n g i n e 耐n g r e s e a r c ho nr a p i dd e s i g no fc o m m o n t 0 0 1 i n g c o n l p o n e n t sf o ra i r c r a re n g i n e s a t h e s i s 证 a e r o n a u t i c a la 1 1 da s 仃o n a u t i c a ls c i e n c e 锄dt e c l l l l o l o 盱 b y z h o ul i a n g a 撕s e d b y p r o f e s s o rz h o ul a i s h u i s u b n l i t t e di 1 1p a 】r t i a lf u l f i l l m e n t o f m er e q u i r e m e n t s f - o rt l l ed e g r e eo f m a s t e ro f a e r o s p a c em a n u f a c n i r ee n g i n e 嘶n g m a y 2 0 l o i 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本 论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： f 盈幺 日期： 尘也：! f ：f 丝 i 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 航空发动机的制造质量和周期很大程度上依赖于工装的设计制造质量和周期，工装快速设 计对于提高工装设计效率和设计质量，从而缩短整个航空发动机研制周期、提高航空发动机制 造质量具有举足轻重的作用。航空发动机工装含有各类数量众多的组合件，这些组合件装配约 束的定义非常繁复，组合件装配环境( 装配基体) 上需生成很多装配特征，所以实现组合件的 快速设计是提高工装设计效率的关键。 本文的主要工作概述如下： 1 研究了组合件模型的建模，包括组合件模型的设计规范、组合件模板的参数化设计、 组合件模板电子表格的建立和组合件工程信息的添加，在对u g 的参数化实体建模功 能以及s q ls e 盯数据库研究的基础上，给出了组合件模型的建模方案。 2 研究了装配特征和u g 下的装配约束关系，提出了自动生成装配基体上装配特征和自 动创建装配约束的方法。 3 基于u g 、u gq 圮l 以心i 和1 切m c e n t i 盱开发了航空发动机工装组合件快速设计系统， 通过规格参数和定位信息的输入，即可将所指定规格组合件加载进装配基体并创建好 两者间装配约束，实现了组合件的快速设计该软件已在某航空企业试用。 关键词：航空发动机工装，组合件，工程信息，装配特征，快速装配 航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究 a b s t r a c t t h em a l m f a c t i l r i i l gq 砌i t ) ，a n dc y c l eo fa i l l c 均n 既l 百n e sd q e r l 凼m a i n l yo n 也eq u a l i 够a n dc y c l e o ft l l et o o l i l l gd e s i g na n dm a 肌缸t i l r i i l g ，t h er a p i dd e s i g no ft 0 0 l 访gi sv e r yi l l 】p o r t a n tt op r o m o t et h e t i d 0 l i i l gd e s i 萨e 伍c i 髓c ya n dq u i 毋，s ：h 酣t l l e 妇o fd e s i 弘觚di n l p r o v em em 舢f a c t i l | 血g 删i 哆t h e 他a 托al o to fc 0 删砌响n t si i l 白l i i 玛矗 a i | 讶a f te n g i 鹏s ，a n d i t s1 1 a r dt od e 缸e 雏s 印曲l y c 强s 础i t so ft l l e c o i 印o n e n t s b e s i d e s 也峨i tc t s 删ht i i i l et og c n 船a t ea 豁钮l b l yf b a t i l l 伪o ft h e a 鼹e m ：b l yc o m p m e i 她a 托i l l s e n e di n t 0 ，谢i l i c hi sa l s oc a l l e dn l e 勰s 豇i l b l yb a ，s ot h e 剃i z a 廿o no f m e r a p i dd l c s i g no fc o i 印0 l l 口i t si st l l ek e yt 0p r o m o t et l l et 0 0 l i i l gd e s i g ne 伍c i e n c y t h em a i nw o r ki s 翻l n n a z e da s 置0 n o w s ： 1 t h em o d e l i n gm e l l l o d so fc o n 巾o n 饥tm o d e l sa 托他s e a r c h e d 谢h i c hi i l c l d e 吐l ed e s i 印 s p e c i f i c a t i o fm d e l s ，t l l em o d e l i i l g 吼ds p 他a d s h e e tt c c h n 0 1 0 9 yo ft e i 印l a t e s ，i i l s e r t i l l g t l l ee n g i i l e 醯l gi i l f 0 皿枷o ni i i t 0m o d e l s b a d 鲫廿l es t l l d yo ft h ep 盯龇n “cs o h d m o d e l i i l g 劬c t i o nu gp r o 、，i d c sa n d 圮s q ls e n 惯d a t a b a t e c h l o g y ，t l 圮m o d e l i i l g m e l o do fc 唧o n e n tm o d i c l si sd e s i 四c d l 2 a s s 豇i l ：b l y 诧a t i l 代s 锄dc 优蜊r i t si nu ga 他s e a r c h e d 姐dt l l em e n l o do f 答m c r a 恤g 钵s e r i i b l yf e a t l l r e so fm e 嬲s 豇n b l yb a s c 锄dd e f - m i i l g 丛s e i i 】：b l yc s 仃a i l l t sb e 阳圯t h e c o m p o n e n t 锄dt 量l e 嬲s 即1 b l yb a i s 删d e 正 3 b 丛e d u gu go l 崩以廿ia n dt e 锄e m 地s ) r s 白哪o fr ：a p i dd e s i 弘o f 电l i i l g c o m p o n t sf o ra i ：r c m ne n g i i l e si sd e v e l 叩e d t l 增c 0 曲p c n ti s i i i s e n i 甜i i l t ot h e 弱s e n l b l yb 雒ea i l d 笛s e m b l yc c m 鼬曙i n 忸b e t w e e nm e ma d c 痂a e d 撕i i l p l 施l gt h e s p c c i 6 c 撕p 拙t c i s 锄dp o s i t i i n | ! 0 珊觚o no fm ec o 盯印n c n t t h cr a p i dd e s i 鲷“ t 0 0 l i i l g “咀p o n 锄t s i si i i 驴l a 冰m t e d 觚da p p l i e dt o 锄越踟咀删c a lm 缸m 白c t i l r i n g a 蛐贸脚 k e yw o r d s ：1 硇l i n gf o fa i r 啪f t 即g i n 髓； 佗a t u r 髂：r a p i da 豁锄b l y 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 第二章 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 第三章 目录 j 蕾论l i ；l 言l 国内外发展现状2 u g 和u g 0 i p e n 简介3 项目背景和研究内容4 1 4 1 项目背景4 1 4 2研究内容及章节安排5 本章小结6 航空发动机工装组合件建模技术。7 概述7 零件和组合件的设计规范8 2 2 1 零件和组合件工程信息的设计规范8 2 2 2零件和组合件的命名规范9 2 。2 3 零件和组合件的建模规范。1 0 零件模板的参数化设计。l l 2 3 1 参数化设计技术。1 l 2 3 2 零件模板的建立。1 2 2 3 3 零件工程信息的建立1 5 组合件模板的参数化设计1 7 2 。4 1 组合件部件族法17 2 4 2组合件装配模型的建立1 7 组合件模型的建立2 0 2 5 1 组合件检索与调用。2 l 2 5 2 组合件规格选取2 3 2 5 3 组合件调用2 4 组合件数据库2 5 本章小结2 6 航空发动机工装组合件快速装配技术2 7 i i i 航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究 3 1 概述2 7 3 2 组合件上装配特征。2 7 3 2 1装配特征2 7 3 2 2 组合件上装配特征的建立。2 8 3 3 装配基体上装配特征31 3 3 1 装配基体上装配特征的生成31 3 3 2装配基体上装配特征与定位点的关联3 2 3 4 快速装配实现3 3 3 5 第四章 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 第五章 5 1 3 4 1 装配约束。3 3 3 4 2装配特征的匹配与装配约束的创建岳3 5 本章小结3 6 航空发动机工装组合件快速设计系统实现3 8 概j 峦3 8 系统的功能描述3 8 系统的体系结构3 9 系统的功能实现3 9 4 4 1 组合件搜索4 0 4 4 2组合件规格选取4 1 4 4 3 组合件定位信息选择。4 2 4 4 4 组合件工艺信息查看4 3 4 4 5 最终结果。4 4 本章小结4 4 总结与展望4 5 总结4 5 5 2展望4 5 参考文献4 6 j l 【谢! ；( ) 在学期间的研究成果及发表的学术论文5 l 南京航空航天大学硕士学位论文 图清单 图1 1 本文章节结构图6 图2 1 基于模板建模的参数化设计过程1 2 图2 2 内六角圆柱头螺钉的二维图1 3 图2 3 内六角圆柱头螺钉模板和部件导航器。1 3 图2 4 内六角圆柱头螺钉模板里的部分辅助参数值1 4 图2 5 内六角圆柱头螺钉模板里的部分主参数值。1 4 图2 6 内六角圆柱头螺钉的零件属性1 5 图2 7 将零件属性添加到零件模板电子表格里1 5 图2 8 零件模板的电子表格1 6 图2 9 手拉式定位器的二维图。18 图2 1 0 手拉式定位器装配模型和零件配对条件1 9 图2 1 l 将参数类型组件添加到组合件模板电子表格里1 9 图2 1 2 组合件模板电子表格2 0 图2 1 3 组合件库中的组合件树形分类存储结构2 1 图2 1 4 所选存储路径中间节点2 2 图2 1 5 所选存储路径叶节点2 2 图2 1 6 由中文名称“手拉式定位器”检索出需要的组合件2 3 图2 17 组合件规格的选取2 4 图2 1 8 组合件数据库o d b c 技术体系结构2 5 图3 1 内六角圆柱头螺钉的装配特征2 9 图3 2 圆柱螺旋压缩弹簧的装配特征。2 9 图3 3 手拉式定位器的装配特征3 0 图3 4 零件与装配基体间的布尔运算示意图。3 l 图3 5 与手拉式定位器装配约束的某一装配基体上装配特征3 2 图3 6 表夹与表夹螺钉组合的配合状态欠约束3 3 图3 7 手拉式定位器的配合状态完全约束。3 3 图3 8 约束类型角度3 4 图3 9 约束类型中心3 4 图3 1 0 约束类型接触对齐3 5 v 航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究 图3 1 l 组合件快速设计流程图3 6 图4 1 航空发动机工装组合件快速设计系统体系结构图3 9 图4 2 航空发动机工装组合件快速设计系统入口4 0 图4 3d 号模糊搜索4 0 图4 4d 号名称并行搜索41 图4 5 选取组合件规格4 l 图4 6 点构造器对话框4 2 1 图4 7 矢量构造器对话框4 2 图4 8 组合件定位信息选择4 3 图4 9 组合件工艺二维图和工艺文档的查看4 3 图4 1 0 手拉式定位器的应用实例4 4 i 南京航空航天大学硕士学位论文 表清单 表2 1 航空发动机工装零件和组合件的部分工程信息8 表2 2 航空发动机工装零件模型和组合件模型的图层。1 0 表2 3 零件和组合件的工程信息表1 6 表2 4 手拉式定位器配对条件中的尺寸1 8 表3 1 装配特征对应编码的码段一3 0 表3 2 内六角圆柱头螺钉上装配特征对应的编码3 0 表3 3 手拉式定位器工艺信息表3l 表3 4 图3 5 所示装配特征的编码3 2 表3 5 手拉式定位器装配信息表3 6 i i 第一章绪论 1 1 引言 航空发动机工艺装备( 简称工装) 是在航空发动机制造过程中，用来加工制造发动机零件， 保证装配精度，确保安全可靠的进行各种实验的必不可少的专用工具和装备。按用途和工艺性 质，一般可以分为：标准工装、装配工装、冲压模具、机床夹具、焊接工装、热处理工装、非 金属件工装、实验设备、专用刀具和量具等【。 航空发动机工装设计在航空发动机研制中占用重要地位，设计水平的高低在很大程度上影 响着生产准备周期和生产周期。航空发动机工装的设计生产是航空发动机制造工程的重要组成 部分，是新型号航空发动机研制的关键手段，直接关系到生产总目标的实现。据统计，航空产 品工装设计制造周期一般占到新产品研制开发周期的4 0 左右，工装成本占总研制成本的 2 0 v 3 0 ，所以说航空产品工装在航空企业生产中占有重要的地位，也是反映一个国家航空产 品制造水平的重要指标【2 】。 在航空发动机工装设计中，设计人员经常会用到大量的标准件、非标准件和由一些标准件 或非标准件装配而成的装配体，为了方便叙述，文中将这些标准件和非标准件称为零件，具有 某种特定功能的装配体称为组合件，零件或组合件的装配环境称为装配基体。组合件是在零件 的基础上通过递归关系按照装配知识和规则自动装配而成的。 航空发动机工装含有各类数量众多的组合件，而工装设计中组合件装配约束的定义又非常 繁复，所以实现组合件的快速设计是提高工装设计效率的关键。本文所要研究的组合件快速设 计指在组合件几何形状和规格已经确定的情况下，航空发动机工装组合件快速设计系统能够快 速建立组合件的模型和工程信息，并实现组合件的快速定位，即将组合件加载进装配基体并创 建两者间的装配约束。由上可以看出，要想实现组合件快速设计，首先要快速有效的建立满足 设计要求的组合件模型，然后添加组合件内子零件的工程信息并建立组合件和装配基体上用于 装配约束的形状特征，进而自动定义装配约束关系【3 】 在大型三维软件日新月异的今天，u g n x 6 系统以其支持多平台、可扩展性、具有知识的 捕捉和重用等特性，已成为航空发动机行业的主流c a d 平台，本文也以u gn x 6 为平台对航 空发动机常用组合件快速设计技术进行研究与开发。 为了提高工装设计效率和设计质量，减轻设计人员的设计时间和劳动强度，本文研究了航 空发动机工装组合件模板参数化设计技术和组合件快速装配技术，并在此基础上以u gn x 6 、 u go p e 毗垤i 、v c + + 和1 切m c 锄t c r 为软件工具开发了航空发动机工装组合件快速设计系统，系 统功能模块与u g 软件集成 1 航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究 1 2 国内外发展现状 组合件的快速设计首先包括快速有效的建立满足设计要求的组合件模型。目前很多主流的 c a d c a m 软件都有自己的零件库，但由于各行业专业背景间的差异，a 址i c a m 软件自带的 零件库往往不能满足用户的需要，所以u g 、c a t 认和s o l i dw b d 岱等c 燃j m 软件都提供了 二次开发平台供用户开发特定的零件库和组合件库。 武汉理工大学基于s o l i dw b r l 岱开发了挤压铸造模具标准件库。分析了模具标准件库开发的 基本思想，介绍了基于特征造型的参数化建模方法，使用a c c e s s 数据库对挤压铸造模具标准 件的所有数据进行管理【4 1 。 兰州理工大学基于s o l i dw 甜涵开发了机床夹具标准件库。借助s 0 h dw 研l 【sa p i 二次开发 平台，开发完成了基于特征造型、可参数化驱动生成零部件的机床夹具三维标准件库的定位件 子库【5 1 。 文献【6 】讨论了基于规则和基于实例的知识推理策略，以及标准件的设计知识的获取方法。 研究了汽车覆盖件模具标准件设计知识的分类表示存储、检索机制及其知识库的组织结构。对 覆盖件模具标准件匹配、参数化驱动、快速装配进行了深入研究，总结出了常用的标准件知识 分类，并按照面向对象的知识表示方法，用i g 依f 语言定义了覆盖件模具标准件设计中常用的 类，并应用于覆盖件模具标准件模型文件的建模。 国外标准件库资源共享系统已有了商业化应用。m m 公司的c 触r w e b 系统能够让用户只 需一个简单配置的客户机便可以访问a 盯队数据库中的三维图形，进行远程注解、干涉检查等 操作用；w d s 公司的基于w 曲的零件库系统则能让客户在线从所有角度交互浏览1 0 0 0 0 多个 目录中的零件，并能立即下载自己所需要格式的模型i 引。 现有的组合件设计思路是选择某一规格的组合件，加载进装配基体并创建它与装配基体间 的装配约束。装配基体上的孔或槽等装配特征是在装配组合件前生成的。在创建装配约束时， 用户需要交互选择组合件和装配基体的装配特征，指定约束类型、约束子类型和约束参数。组 合件快速设计的设计目标之一就是减少这些交互选择和指定操作 文献【3 】基于c a n a 对复合材料构件工装的组合件快速设计技术做过初步研究，主要是在 探讨组合件库的建库方法以及零件的自动装配技术，开发的基于s q ls e r 咐数据库的c s 模式 组合件库系统可以对组合件进行管理和调用。探讨了工装零件特征信息模型，将工装零件的几 何信息和非几何信息结合在一起从而实现了标题栏、明细表的自动绘制 文献【9 】提出基于典型装配特征的零件或组合件的快速装配，实现了零件或组合件的快速调 用、定位与装配。在整个装配过程中只需要交互选择装配基体上装配特征，提高了组合件的装 配效率 文献【1 0 】在冲压模具组合件的快速设计方面傲了初步研究，提出了装配设计的两种实现方 2 i i 南京航空航天大学硕士学位论文 法：一种是使用二次开发程序来控制装配过程，包括零件装配关系和装配顺序的确定；另一种 是在软件装配界面里，手动进行装配，然后通过参数化程序来改变零件的几何尺寸和装配尺寸。 文献【1 1 】对飞机工装大量重复使用的组合件的管理进行了研究提出了飞机工装组合柔性 分类编码技术，增加了对组合件装配信息的分类编码，并成功应用在为某企业开发的基于 c a r 队的参数化组合件库管理系统中，实现了对组合件库的管理和调用功能。 1 3 u g 和u g 0 i p e n 简介 u g 作为美国e d s 公司推出的一款优秀的c 觥眦a e 软件，广泛应用于航空、航天、 汽车、船舶和家电制造等行业。许多世界著名公司均选用u g 作为企业计算机辅助设计、制造 和分析的平台，如美国通用汽车公司、波音飞机公司、贝尔直升机公司、英国宇航公司和惠普 发动机公司等。 u g 通过虚拟产品开发的理念，提供多极化的、集成的、企业级的c a d 解决方案。它提供 了一种基于过程的产品设计环境，使产品开发设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优 化了企业的产品设计与制造。u g 面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术，在面向过 程驱动技术的环境中，用户的全部产品及其精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节 保持相关，从而有效的实现了并行工程。 u g 可以应用于整个产品从概念设计到实际产品的开发全过程，包括产品的概念设计、建 模、分析和加工。该软件具有实体建模模块、特征建模模块、曲线曲面建模模块、工程制图模 块、装配模块、分析模块、加工模块、知识工程模块和二次开发模块。具体来说，该软件有以 下特点【1 3 】： ( 1 ) 具有统一的数据库，真正实现了c a d 、c a d 、c a e 和c 蝴模块之间无数据交换的 自由切换，并且可以实施并行工程。 ( 2 ) 采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模 技术融于一体。 ( 3 ) 采用基于特征的建模和编辑方法作为实体造型的基础，形象直观，类似于工程师传统 的设计方法，并能采用参数驱动。 ( 4 ) 曲面设计采用非均匀有理b 样条作为基础，可用多种方法生成复杂曲面，特别适合 于汽车外形和汽轮机叶片等复杂曲面的造型。 ( 5 ) 二维图功能强大，可方便地从三维实体模型直接生成二维工程图，可以按照i s o 标 准和国标生成各种剖视图、标注尺寸、形位公差和汉字说明等。 ( 6 ) 以p a r 鲢o l i d 为实体建模核心，目前许多著名c a d c 朋粥a m 软件均以此作为实体造 型的基础。 ( 7 ) 提供了界面友好的应用开发工具，并能通过高级语言接口，使u g 的图形功能与高级 3 航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究 语言的计算功能紧密结合，便于用户开发专用a m 系统。 u g 应用开发( 又称u g 二次开发) 是指在u g 软件平台上，结合具体的应用需求，总结 行业的设计知识和经验，开发面向行业和设计流程的c a d 系统。u g 的应用开发模块提供了较 为完整的应用开发工具集，利用该工具集可以对u g 系统进行用户化裁剪和开发，用以满足实 际的应用需求。u g 铆，是一系列u g 开发工具的总称，是u g 为用户或第三方开发人员提供 的最主要的开发工具，它包括u g 叩饥c 暾口、u g b p 吼a p i 、u g q 搠m e n u s c 啦t 等。 ( 1 ) u g 铆) 锄a p i 开发平台是一个允许程序访问并改变u g 对象模型的程序集。它封装了 近2 0 0 0 个u g 操作的函数，通过它可以在c 程序和c + + 程序中以库函数的形式调用u g 内部 的近2 0 0 0 个操作，对u g 的图形终端、文件管理系统和数据库进行操作，几乎所有能在u g 界 面上的操作都可以用u g o p 胁a p i 函数实现。u g 蛳a p i 是最常用的u g 应用开发工具。 ( 2 ) i 飓i o p e ng r 口是一种专用的图形交互编程语言，它与u g 系统集成，可以实现u g 环境中的大部分操作，例如调用一些曲线。g i 四语言与一般的通用语言一样，有其自身的语法 结构、程序结构、内部函数以及与其他通用语言程序相互调用的接口。g r i p 语言的功能远不如 i g | d p 即a p i 强大，但它通俗、易懂。 ( 3 ) u g 铆) m e 姗s c r i p t 是u g 提供定制菜单的专用模块，可以生成用户定制的菜单， 也可以实现对u g 某个菜单的编辑。m 饥u s 函p t 支持u g 主菜单和快速弹出式下拉菜单的设计 和修改。 ( 4 ) u g 铆x mu i s t y l 盯是开发u g 对话框的可视化工具，其生成的对话框与u g 集成，用 户可以方便、高效地与u g 进行交互操作。该工具的使用避免了复杂的图形用户接口g u i 编程， 直接将对话框中的基本控件进行组合和布局，可以创建满足不同功能需求的u g 风格对话框。 1 4 项目背景和研究内容 1 4 1 项目背景 本课题来源于南京航空航天大学与国内某航空企业的合作项目，旨在构建基于u g 和 t e 锄c 既t e r 的航空发动机工装组合件快速设计系统。 目前，该企业工装组合件的装配设计存在以下问题： ( 1 ) 缺乏满足设计要求、符合设计规范的零件模型和组合件模型 该企业零件库里零件模型的设计缺乏设计规范，具体表现在：零件工程信息不全，零件模 型没有统一的、有效的建模规范和命名规范企业没有建立组合件库，组合件模型是完全依靠 设计人员手动调用零件装配而成的，导致组合件设计效率低，设计人员重复劳动多 ( 2 ) 组合件装配设计没有实现快速化 航空发动机工装里装配基体上常含有大量的装配特征，如简单孔、埋头孔、沉头孔或孔系 4 i 南京航空航天大学硕士学位论文 列等，设计人员需要花大量时间去建立这些装配基体上装配特征。组合件的装配需要设计人员 交互选择组合件上装配特征和装配基体上装配特征，手动指定约束类型、约束子类型或约束参 数，整个组合件的装配设计过程非常繁复。 1 4 2研究内容及章节安排 本文主要研究了组合件模型的建模，实现了装配基体上装配特征的生成、装配特征的匹配 和装配约束的创建。在此基础上，开发了航空发动机工装组合件快速设计系统。目前，该系统 已投入国内某航空企业的实际应用 本文共分为五章，各章内容安排如下： 第一章绪论：分析了组合件快速设计的研究意义和研究现状，介绍了u g 和u g 二次开 发平台u g 0 | p 铋，阐述了本课题的来源和研究背景，给出了本文的主要研究内容和章节安排 第二章航空发动机工装组合件建模技术：建立了零件模型和组合件模型的设计规范，研 究了零件模板和组合件模板的参数化设计；研究了组合件的实例化，提出了基于两级检索和预 览的组合件实例化方法。 第三章航空发动机工装组合件快速装配技术：研究了组合件的快速装配技术，提出了装 配基体上装配特征自动生成的方法，实现了组合件和装配基体间装配约束的自动创建，介绍了 组合件工艺数据库和装配数据库。 第四章航空发动机工装组合件快速设计系统实现：描述了系统的功能，阐述了系统的体 系结构，介绍了系统主要功能的实现。 第五章总结与展望：阐述了本文的研究内容并展望下一步的研究工作 本文的组织结构如图1 1 所示。 5 航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究 第一章绪论 口组合件快速设计的研究意义与现状 口c 觥a m 软件二次开发的必要性 口u g 、u g o i 介绍 口课题来源与研究背景 口本文主要内容与章节安捧 1r1 r 第二章航空发动机工装组合件建模技术第三章航空发动机工装组合件快速装配技术 口零件和组合件的设计规范口组合件上装配特征的建立 口零件模板的参数化设计口装配基体上装配特征的生成 口组合件模板的参数化设计口装配特征的匹配 口组合件的实例化口快速装配的实现 上上 第四章航空发动机工装组合件快速设计系统实现 口 系统的功能描述 口 系统的体系结构 口 系统主要功能的实现 上 第五章总结与展望 口本文研究工作的总结 口未来工作的展望 1 5 本章小结 图1 1 本文章节结构图 分析了航空发动机工装组合件快速设计的研究意义和研究现状，工装组合件的快速设计能 够提高工装的设计效率，从而减少整个航空发动机的研制设计周期；介绍了u g 和u g 二次开 发平台u g o p ；阐述了本课题的来源和研究背景，本课题是结合某企业的具体实际需要，具 有很好的工程实际意义；给出了本文的主要研究内容和章节安捧，整个航空发动机工装组合件 快速设计技术包括组合件建模技术和组合件快速装配技术，本文第二章介绍了组合件建模技术， 第三章介绍了组合件快速装配技术，第四章介绍了航空发动机工装组合件快速设计系统 6 - l 南京航空航天大学硕士学位论文 第二章航空发动机工装组合件建模技术 2 1 概述 航空发动机工装组合件的快速设计首先包括快速的建立满足设计要求的组合件模型。通过 对航空发动机工装常用组合件的研究发现，绝大部分组合件是由标准零件或有系列标准的零件 装配组合而成，因此在研究如何建立组合件模型前，首先需要探讨标准零件或有系列标准的零 件的建模方法。标准零件或有系列标准的零件具有相同或相似的结构，其数量也是可以枚举的。 相同或相似的结构称为零件模板，是参数化模型1 4 1 。零件几何模型的生成是通过尺寸参数驱动 零件模板，即零件的实例化。 目前关于u g 平台上零件模型的建模，主要有以下几种方法1 5 】： ( 1 ) 关系表达式法 首先建立零件模板，用户调用零件时，必须将零件模板改名存储，然后按照零件手册的数 据修改零件模板中对应的尺寸变量表达式的参数值，最后将该零件转成装配图的工作零件。这 种方法虽然创建容易，但使用者必须完成查找零件模板、改名和查找标准件手册多项交互操作， 比较繁琐，效率低。 ( 2 ) 用户自定义特征法 首先建立零件模板，然后对参数表达式进行用户化命名和编辑，最后生成、定义、存储为 u d f 文件。这种方法的优点是可以建立特征之间的关系，定义特征变量，设置缺省值，提示输 入关键值；缺点是必须建立一个新的零件、查找标准件手册才可输入用户自定义特征。 ( 3 ) 部件族法 首先建立零件模板，然后对用于确定零件尺寸的参数表达式进行用户化命名，并添加到电 子表格参数表内，然后填写族内所有零件对应的参数值。调用零件时，通过选择一组参数来修 改零件的尺寸变量，得到相应的零件模型。这种方法的优点是创建直观容易，标准件具有子装 配功能，是建立u g 零件库系统的通用方法：缺点是由于零件库种类繁多，型号各异，给用户 查找带来不便，由于族内零件只要一个参数不同，就必须在电子表格参数表内输入一组参数， 输入数据的工作量很大。 ( 4 ) 编程法 采用u g o p 饥g l 印或u g o l 加a p i 对每类零件直接编写参数化程序，优点是调用最方 便，应用层次最高，缺点是程序编写的工作量太大。 鉴于以上几种方法的分析，对后两种方法进行综合，针对其中的缺点进行改进，对零件模 7 航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究 型的建立提出一种方法。首先创建零件模板，添加模板电子表格里的所有参数，然后调用程序 或由u g 软件本身尺寸参数驱动零件模板，得到需要的零件模型。为了减少零件模板电子表格 的重复输入，零件部分信息或参数存储在数据库里供程序调用。部件族与编程相结合的方法不 仅使用户不再困扰于种类繁多和型号各异的零件，调用过程变得十分简单，而且程序编写的工 作量也大大减少。 2 2 零件和组合件的设计规范 2 2 1 零件和组合件工程信息的设计规范 航空发动机工装设计是航空发动机研制过程中的一个重要环节，建立零件和组合件工程信 息的目的是希望零件和组合件的相关信息在模型或数据库中可直接查到，并且在工装设计各阶 段得到共享，例如实现明细表的自动填写和b o m 表的自动生成【1 6 1 。为此，零件和组合件的工 程信息应满足以下要求： ( 1 ) 信息完备性：工程信息包含各种几何信息和非几何信息，用户在工装设计各阶段完全 脱离手册就可以完成设计。几何信息包括精度、公差等，是与零件规格有关的。非几何信息包 括名称、代号、材料、技术条件等，与零件规格无关，同一零件模板实例化的所有零件的非几 何信息都是相同的。 ( 2 ) 信息标准性：工程信息的设计要符合国家标准和企业标准的要求。国家标准和企业标 准都是会随着科学技术的发展而更新变化的，因此当标准发生改变时，工程信息也要可以由设 计人员随时更新。 ( 3 ) 信息有效性：不存在冗余的工程信息，设计人员可以根据需要增加、修改和删除模型 的工程信息。 用于工程图标注或明细表的工程信息有中文名称、材料、表面处理、热处理、技术条件、 表面粗糙度等；用于各种b o m 表的工程信息有d 号、中文名称、英文名称、创建者、创建时 间等。这些工程信息都需要在建立组合件模型或工程信息数据库的时候一同建立，部分工程信 息如表2 1 所示。 表2 1 航空发动机工装零件和组合件的部分工程信息 工程信息名称是否必须填写工程信息说明 m 号s几何信息 中文名称s非几何信息 8 i 南京航空航天大学硕士学位论文 英文名称 n o 非几何信息 材料 n o 非几何信息 表面处理n o非几何信息 热处理 n o 非几何信息 技术条件 n o 非几何信息 标准号 y e s 非几何信息 是不是组合件 y e s 非几何信息 公差 n o 几何信息 精度 n o 几何信息 2 2 2 零件和组合件的命名规范 为了便于对零件和组合件的管理，需要建立航空发动机工装标零件和组合件的命名规范， 实现在工装设计中快速有效地调用所需规格组合件。在具体设计零件和组合件的命名规范时， 一般要参考国家和行业标准里的命名规则，结合企业自身要求，需要注意的有以下几项： ( 1 ) 零件和组合件m 号代码由标准号和规格两部分组成，具体的形式为“标准号+ 空格+ 规 格”。有些标准号中有厂r ，有些则没有，例如国标的标准号是“g b 门r ，航标的标准号是“h b ”， 而由于d 号中不能有尸，所以在命名时规定统一将厂1 改为_ 。运用部件族法建立零件和组合 件模板电子表格时，设计人员需要注意这种命名规范，例如零件内六角圆柱头螺钉的d 号示 例g bt 7 0 1 2 0 0 0m 1 6 x 7 0 ，组合件切向夹紧件的d 号示例h b 2 0 5 9 1 9 8 91 2 x 4 0 ( 2 ) 零件和组合件经常会有几种不同的型号，如a 型、b 型、c 型等，在命名时型号放在 规格的前面，例如组合件a 型钩型压板的d 号示例g b t 2 1 9 7 1 9 8 0 a m l 2 x 1 5 ，零件b 型固定 钻套的m 号示例g b 2 2 6 2 - 1 9 8 0b 1 8 x 1 6 ( 3 ) 规格是由多级规格参数构成的( 一般不超过三级) ，参数之间用“x 来间隔，例如组合 件手拉式定位器的d 号示例g bt 2 2 1 5 1 9 8 01 0 ，零件高支脚的d 号示例g 旧1 r 2 2 3 5 1 9 8 0 m 1 0 x 5 5 ，零件圆废料切刀的d 号示例g bt 2 8 6 8 1 1 9 8 11 4 x 8 x 1 8 。 ( 4 ) 当某级规格参数表示不同螺纹的直径时，本身标记也会随之不同。例如零件旋入式螺 纹衬套一级规格参数d 表示普通螺纹时，零件d 号示例g b 一亿1 5 9 1 9 8 0m 1 2 x 1 6 ；当d 表示梯 形螺纹时，零件d 号示例g 旧t 2 1 5 9 1 9 8 0t 1 6 x 4 l x 3 2 。 ( 5 ) 当某级规格参数有公差要求时，公差要求也需标识在规格中，这样可从d 号中可以直 9 航空发动机工装常用组合件快速设计技术研究 观地知道该参数的公差要求，例如零件a