第一章 航空数字化制造技术

主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础 零件数控加工过程：
零件数模
工艺审查 工艺分析 便于装夹 便于数控加工 便于测量
数控机床选择
NC编程 数控仿真 数控加工
零件
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
四、飞机数字化装配
飞机数字化装配技术体系涉及飞机设计、零部件制造、装 配工艺规划、数字化柔性定位、精密制孔连接、自动控制 、先进测量与检测和计算机软件等众多先进技术和装备。
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
CAPP（Computer Aided Process Planning，计算机辅助 工艺规划）：借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用 计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零 件机械加工工艺过程，是将产品设计信息转换为各种加工 制造、管理信息的关键环节，是企业信息化建设中联系设 计和生产的纽带，同时也为企业的管理部门提供相关的数 据，是企业信息交换的中间环节。
文字和二维图形表达描 述工艺过程和技术要求 数控加工和普通设备相 结合，数控加工需要根 据图纸建立零件数模 工艺准备时间、工装制 造周期长、总的制造周 期长
制造周期
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
三、数字化制造的特点
比较项目 信息与管 理 工装数量 制造精度 工作模式 传统制造 不容易实现知识的累积和重 用、不容易实现信息化管理 工装数量多 零件和装配制造精度低 串行工作模式，在设计阶段 完成后开始解决工艺问题， 解决不了的工艺问题再通过 修改设计解决。 主要采用传统方式 图纸、标准样件、样板等 数字化制造 容易实现知识的累积和重用、容易 实现信息化管理 柔性工装的使用是工装数量大大减 少 零件和装配制造精度高 并行工作模式，在设计阶段设计和 工艺问题同时解决。
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
MBD模型组织定义
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
MBD模型结构树表达
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
识别码
相关的零件 全生命周期 管理数据 全生命周期 工程几何 管理数据 材料和技术 公差和说明 要求 注释
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
MBD模型结构树表达
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
不同部门BOM及相互关系
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
AO (Assembly order，装配大纲):工艺部门根据工程设 计的要求、工厂现有的工艺水平和质量保证的要求，编 写的指导生产的工艺文件
AO由管理页、说明页、草图和零件配套单组成，包括装 配名称编号、制造索引、工程更改申请单号、发放次号、 架次控制、版次控制、客户控制、系列号、简要工作说明 、操作内容要求、所需工装设备、产品图样、工艺标准、 质量规范、检验要求、工时定额、零件名称和编号等40多 项工艺信息、生产信息、质量信息、过程信息。
橡皮囊液压成形零件回弹修正：
制造方法 零件数模 手工修形 不处理 手工修模 不处理 数模修形 根据回弹对零件 数模修形
模具制造
零件修形 检验依据 制造设备 质量
直接按零件数模 制造模具
在模具上人工修 形 模具 数控机床或普通 机床 降低疲劳寿命
根据回弹量反复 修模具 不需要修形
需要专业模胎或 数字化检验 普通机床 好
样 板
标 准 样 件
型 架 制 造
机 械 加 工 装 配 总 装
型 架 设 计
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
二、数字量传递飞机结构研制过程
三 维 综 合 数 据 模 型 N C 编 程 模 具 设 计 型 架 设 计
产 品 设 计
数 控 加 工
模 具 N C 型 架 制 造 零 件 成 形 型 架 装 配
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
BOM的分类和定义
EBOM (Engineering BOM)：产品工程设计管理 中使用的数据结构，它通常精确地描述了产 品的设计指标和零件与零件之间的设计关系 。 PBOM (Process planning BOM)是企业的工艺设 计部门用来组织和管理生产某种产品及其相 关零部件的工艺文件。 MBOM (Manufacturing BOM) 是企业生产制造 部门用来组织和管理在实际制造和生产管理 过程中生产某种产品所需的零部件BOM。
飞机制造工程技术基础
第一章 航空数字化制造技术
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
第一章 航空数字化制造技术
• • • • 第1节 基本概念和内涵 第2节 数字化制造工艺 第3节 数字化制造工装 第4节 数字化设备
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
在数字化技术和制造技术融合的背景下 ，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、 数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据 用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信 息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和 重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原 型制造，进而快速生产出达到用户要求性能 的产品整个制造全过程。
总装
结 构 装 配
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
三、
钣金件数字化制造过程（以橡皮囊液压成形为例）
零件数模
工艺审查
工艺分析
确定采用橡皮囊液压成形
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
三、
钣金件数字化制造过程（以橡皮囊液压成形为例）
工艺数模生成 添加工艺孔、工艺耳 片、工艺余量、回弹
工艺仿真分析
主讲人：韩志仁
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
著名的联合攻击战斗机JSF项目通过建立基于 协同平台的全球化虚拟企业，覆盖飞机全生 命周期全面采用数字化技术，成效如下： 飞机设计时间减少50%， 工装减少90%， 总装工装减少95%， 零部件数量减少50%， 制造周期缩短67%， 制造成本降低50%， 使用维护成本降低50% 。
飞机制造工程技术基础 有限元模拟与 工艺参数优化
预测缺陷，改 进工艺参数， 实现模具优化 设计
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
三、
钣金件数字化制造过程（以橡皮囊液压成形为例）
工艺仿真分析
模具设计
毛坯展开
模具制造
橡皮囊液压成形
成形件数控切边
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
分析过程： 1.几何建模； 2.单元定义； 3.材料定义； 4.接触定义； 5.网格划分； 6.载荷定义；
三维AO包括文字描述、三维附图、三维仿真动画、三维标注等。 主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
FO（Fabrication Outline，制造大纲）:由工艺人员编写 的用于零件加工、饭金成形工艺文件 。 FO由首页、草图和说明三部分组成，包括零件名称、件 号、生产计划安排、零件材料牌号、规格、状态、加工顺 序、草图、所需工装、设备、质控要求和换版记录等 40 多项要求。制造大纲按批次管理，每批零件有一份制造大 纲，制造大纲由生产控制部门存档。
3、钣金件在装配过程中定位；
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
工艺耳片的表示方法： 1、用点和轴线（法矢）表示； 2、用点、轴线（法矢） 、孔轮廓和耳片轮廓表示；
3、用实体和轴线表示；
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
成形模具设计
设计依据：制造数据集中的工艺数模（包括回弹或不 包括回弹）
模具设计：三维实体模具设计 模具设计规范检测
检验 检验依据
采用数字化检验设备 统一的产品数字模型
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
一、传统飞机结构研制过程（模拟量传递）
表 面 样 件 设 计
表 面 样 件
反 模 提 取 靠 模 制 造 型 架 装 配
成 形 模 具
零 件 成 形
产品设 计
二 维 图 纸
模 线 绘 制
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
PDM（Product Data Management）是 一种利用数据模 型对企业的产品 形成过程进行管 理的方法。他以 软件为基础，将 所有与产品相关 的信息和所有与 产品有关的过程 集成到一起
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础 数字化协调路线
产品工程数据集
冲裁
剪切下料
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
毛坯数控下料编程前处理：
数模中存在各种重线、大圆弧线条、长度小于1的碎 线等，数模为DXF格式，可能造成激光切割的烧蚀 、数控刀具磨损、重复切割、加工效率低等问题。
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
工艺耳片
作用：1、钣金件在成形过程中定位；
Hale Waihona Puke 2、钣金件在切边过程中定位；
模具设计规范要求； 尺寸协调性要求； 模具与设计依据的一致性
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
四、实体件数控制造过程 1、航空产品数控加工的特点 （1）产品类型复杂，具有小批量、多样化特点； （2）结构趋于复杂化和整体化，工艺难度大，加工 过程复杂； （3）薄壁化、大型化特点突出，变形控制极为关键； （4）材料去除量大，切削加工效率问题突出； （5）质量控制要求高； （6）产品材料多样； （7）大型结构件毛料价值高，质量风险大。
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础 实现面向数字化装配过程的飞机数字样机仿真
密封定义
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
基于MBD的飞机数字化制造应用体系
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
基于MBD的数字化制造流程
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
BOM（Bill of Material）也就是“物料清单 ”（或称为材料表或配方料表），是生产一 个产品所需零件或部件的清单。 它包括的信息有：物料的结构层次、物料编 号、物料名称、规格、计量单位、数量成品 率、来源类型(自制/外购/外加工)、提前期( 累计提前期)此外还标注有效期(生效期/失效 期)。
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础 · 定义在数字化装配过程中需要的关键特性（如定位点、参考点、测 量点等）
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
在主要结构件上建立装配自定位特征、安放光学测量设备的工艺接头
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
实现面向装配误差的结构设计补偿
钣金件翼肋 外形定位
机加件翼肋 骨架定位
CAE 分 析 平 台
CAE分析软件 材料数据库 成形工艺参数知识库
前处理
7.计算；
8.结果分析；
计算 后处理
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
毛坯展开： 常用展开方法： 用CATIA自带钣金模块展开功能展开。 然后根据经验添加工艺余量。 影响展开准确性的主要因素：中性层系数
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
第1节 基本概念和内涵
MBD（Model Based Definition），即基于 模型的工程定义，是 一个用集成的三维实 体模型来完整表达产 品定义信息的方法体 ，它详细规定了三维 实体模型中产品尺寸 、公差的标注规则和 工艺信息的表达方法
其体系结构，主要包括飞机数字化装配关键技术和数字化 装配工艺装备两大部分。 飞机数字化装配关键技术主要包括：飞机数字化装配基础 技术、应用技术和标准规范； 飞机数字化装配工艺装备主要包括：组件数字化装配系统 、部件数字化装配系统和飞机总装数字化装配生产线。 主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
飞机数字化装配关键技术 主要包括3 个组成部分：飞机数字化装配关键基础技术； 飞机数字化装配关键应用技术；飞机数字化装配技术标准 与规范。
产品制造数据集
产品检验数据集
工装制造数据集
装配工装
零件工装
工装检验
零件 零件检验 产品 产品检验
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
三、数字化制造的特点
比较项目 传统制造 数字化制造
制造依据
公差及技 术要求 工艺表达 制造方式
二维图纸、样板、标准 样件
标注在二维图纸上
统一的数据模型
三维标注在统一的数据模型上，技术要 求通过文本注释方式定义在统一的数字 模型上 文字和三维动画、三维模型以及结构树 信息描述工艺过程和技术要求 采用数控设备（数控机床、数控拉弯机 、数控弯管机、数控拉形机、数控铺带 机、数控钻铆机、数控柔性工装、数控 激光切割机等） 总的制造周期短
根据修形的数模 制造模具 不需要修形
需要专业模胎或 数字化检验 数控机床 好 主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
弯边角度线定义方法：
闭斜角 开斜角
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
弯边角度线：
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
钣金毛坯下料方法： 数控下料
包括数控铣下料、数控激光切割、 数控高压水切割、数控火焰切割 等 对比：批量、精度、切口质量、 热影响区