1、沈陽航空航天大學課程設計某機機身14478站位面框CAD設計學院航空航天工程學部專業飛行器制造工程（航空維修）班 級 學 號25姓 名 劉華星指導教師秦政琪沈陽航空航天大學2013年12月課程設計任務書院（系） 航空航天學部 專業飛行器制造工程專業（航空維修）班級 學號 25 學生姓名劉華星課程設計題目某機機身14478站位面框CAD設計課程設計時間 2程3年11月 里日至2 月 6 日 地點 校內課程設計內容及要求：內容：1 .了解飛機CADt模規則，了解飛機數字化設計制造方法；2 . 了解飛機結構；3 .熟悉CATIA軟件；4 .確定某機機身14478站位面（站位點）框相關參數；5 .采用

2、飛機數字化設計路線，對某機機身 14478站位面（站位點） 框結構進行設計；6 .繪制二維裝配圖1份（不要求打印）；7 .完成論文1篇，要求不少于5000字。畢業設計步驟：1 .調研，即查找相關書籍、期刊資料；2 .建立CA噴模；3 .撰寫課程設計論文；4 .申請答辯。參考文獻：1尤春風.CATIA V5高級應用M.北京：清華大學出版社，20052曾洪江.CATIA V5機械設計從入門到精通M,北京：中國青年出版社,2004.73程寶渠.飛機制造協調準確度與容差分配M.北京航空工業出版社,1985.54王云渤等.飛機裝配工藝學M.國防工業出版社,1990年8月5唐榮錫.計算機輔助飛機制造M.北

3、京：國防工業出版社,1993月指導教師簽字 2013 年 11 月 18日某機身14478站位面（站位點）框CAD課程設計，是在飛機數字化技術的基礎 上，運用飛機構造學、材料力學、互換性與技術測量等知識，查詢飛機設計手冊、機 械設計手冊，利用CATIA V520軟件進行繪制以及裝配設計機身 14478站未眠隔框。 本次的隔框設計是在環形鋁合金框基礎上設計的普通框，設計標準是既要滿足裝配工 藝性的要求又要滿足互換性的要求。 在此次的建模設計中，通過先設計結構樹，然后 在零件模塊和產品模塊中，從草圖繪制器開始，創建隔框外形、減輕孔等結構，同時 可以結合一個實體多個特征完成零件的制作，將創建的不同零

4、件按照配合關系裝配在 一起形成產品。這個課程設計整體體現了數字化制造的方便快捷性，同時顯示出了 CATIA軟件在飛機制造行業的應用優勢和光明的前景。關鍵詞：數字化制造技術；CATIA;隔框；結構工藝性1緒論11.1 數字化技術發展及前景11.2 CATIA軟件的使用 22框的分析42.1 框的分類分析42.1.1 普通隔框42.1.2 加強隔框52.2 框的連接分析62.3 框的受力分析63裝配設計93.1 框的設計93.1.1 偏移面的截取93.1.2 隔框外形設計93.1.3 工藝孔和減輕孔 103.1.4 桁條缺口 113.1.5 隔框的剖面形狀和厚度 123.1.6 部分隔框之間的連接

5、 133.2 角片的設計143.3 隔框的裝配與協調153.3.1 隔框的裝配成型153.3.2 各零件之間的協調 153.4 工程制圖出圖164總結17參考文獻181緒論隔框不僅將乘客、貨物等有效載荷以及機載設備等飛機本身質量力通過shear tie傳遞給機身蒙皮，還通過隔框自身平面剛度使部分機身增壓載荷得以自平衡。止匕外， 隔框還為機身蒙皮、長桁以及縱梁提供了橫向支撐，提高了蒙皮、長桁以及縱梁結構 的抗失穩能力。數字化設計的引進，從根本上提高了產品設計制造的效率，同時對產品的優化也有了很大的幫助，CATIA作為產品數字化的一種途徑，其精確安全，可 靠性滿足商業防御和航空領域應用的需要， 同

6、時其具有實時渲染模式、強大的曲面功 能、簡便的實體功能、強大直觀的目錄樹管理等特點；目前 CATIA在航空、航天領 域的裝機量已經達到本行業所有裝機量的 60%, CATIA軟件的廣泛使用召喚我們對 其熟練應用，并且去發展它。1.1 數字化技術發展及前景隨著信息技術的迅速發展及其與制造的融合， 航空制造日益走向數字化。數字化 已經滲透到產品研制的設計、 制造、試驗和管理的全過程中，出現了飛機產品數字化 定義、虛擬制造、仿真等單元技術。采用數字化設計制造是保證飛機快速研制的必要手段。美國聯合攻擊戰斗機 (JSF)是體現數字化設計制造技術應用水平的典型實例，說明了數字化設計制造技術 在提高飛機產品

7、質量、縮短研制周期方面至關重要的作用和地位。中國航空工業第一 集團公司為了完成信息化建設，迎接國際航空市場激烈的競爭和挑戰， 提出了基于信 息技術、實現跨越式發展的戰略構想。數字化產品定義技術面向從設計、分析、制造、 裝配到維護、銷售、服務等全生命周期的各個環節，用于描述和定義產品全生命周期 的數字化過程中所應包含的信息，及信息間的關聯關系，使其成為計算機中可實現、 可管理和可使用的信息。在數字化技術和制造技術融合的背景下，并在虛擬現實、計算機網絡、快 速原型、數據庫和多媒體等支撐技術的支持下， 根據用戶的需求，迅速收集資源信 息，對產品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規劃和重組，實現對產品

8、設計和功 能的仿真以及原型制造，進而快速生產出達到用戶要求性能的產品整個制造全過程。其內涵包括三個層面：以設計為中心的數字化制造技術、 以控制為中心的數字化制造技術、以管理為中心的數字化制造技術。數字化制造技術的未來發展方向，利用基于網絡的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成技術，實現產品全數字化設計與制造在 CAD/CA怵用過程中,利用產品數據管理 PDMK術實現并行工程，可以極大地提高產品開發的效率和質量，企業通過PDMT以進行產品功能配置，利用系列件、標準件、借用件、外購件以減少重復設計，在 PDM 環境下進行產品設計和制造，通過 CAD/CAE/CAPP/CAM等模塊德集成，實

9、現產品 無圖紙設計和全數字化制造；CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術與企業資源計劃、供 應管理、客戶關系管理相結合，形成制造企業信息化的體構架。虛擬設計、虛擬制造、 虛擬企業、動態企業聯盟、敏捷制造、網絡制造以及制造全球化，將成為數字化設計 與制造技術發展的重要方向。制造工藝、設備和工廠的柔性、可重構性將成為企業裝 備的顯著特點10數字化制造將成為21世紀企業裝備的顯著特點。將數字化技術用于制造過程， 可大大提高制造過程的柔性和加工過程的集成性，從而提高產品生產過程的質量和效 率，增強工業產品的市場競爭力。1.2 CATIA軟件的使用CAD/CAM即計算機輔助設計與制造，其含義是指產

10、品設計和制造人員根據產品 設計和制造流程，在計算機系統的支持下，進行設計和制造的一項技術。一般講，一個 完整的CAD/CAM系統是由計算機、外圍設備及附加生產設備等硬件和控制這些硬 件運行的指令、程序即軟件組成。CATIA 是法國Dassault System司的CAD/CAE/CAM 一體化軟件，居世界 CAD/CAE/CAM領域的領導地位，廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制 造、電子 電器、消費品行業，它的集成解決方案覆蓋所有的產品設計與制造領域2。CATIA包括了機械設計，曲面造型，工程分析，電子設計，人機工程等一百多 個模塊。在世界CAD/CAB/CAM領域中處于領先地位。CA

11、TIA被廣泛應用于航空航 大、汽車制造、造船、機械制造、電子、電器、消費品行業；它的集成解決方案覆蓋 所有的產品設計與制造領域，滿足了工業領域各類大、中、小型企業的需要。尤其在 航天業，有八成以上的廠商使用CATIA軟件。波音飛機公司使用了 CATIA完成了整 個波音777的零件設計和電子裝配，創造了業界的奇跡，從而確定了CATIA在CAB/CAM/CAD 行業中的領先地位。由于CATIA模塊很多，我們不能每個都學會，在我們常用的基礎模塊包括：基 礎結構設計(Infrastructure)、機械設計(Mechanical Design)、外形設計(ShapR、 工程分析網。機械設計(Mecha

12、nical Design)是我們學習的重點，包括常見的部件設 計、裝配設計、草圖、工程圖等4。2框的分析2.1 框的分類分析機身隔框與機翼翼肋的作用相似，它是機身上的橫向受力構件，從受力的觀點來 看，隔框分為加強隔框和普通隔框兩類5。2.1.1 普通隔框普通隔框：它的作用是保持飛機外形，支持蒙皮，提高蒙皮的穩定性，以利于承 受局部空氣動力載荷，它所承受的載荷不大，一般采用板材分段彎制而成，其外緣形 狀以機身截面相似，內緣往往以機身內部布置相協調， 這樣內，外緣之間的距離是變 化的，為了保證隔框的強度，內，外緣隔框都有翻邊，另外，為了減輕重量，框的腹 板上都有許多開孔。由于普通框的整體剛性較差，

13、裝配時通常將普通框的一部分與桁 條和蒙皮先組成壁板，然后在部件裝配和總裝配時形成整體的隔框。根據14478站位點的機身結構，普通框復合要求，所以選用普通框。見圖 2.1和2.2圖2.1普通隔框圖圖2.2普通框形狀2.1.2 加強隔框加強隔框：它除了具有普通隔框保持氣動外形的作用之外，更主要的作用是承受 框平面內的集中載荷，并傳給機身蒙皮，所以它是一個在集中力和分布剪流作用下平 衡的平面結構，與普通框相比，它的尺寸和重量都比較大。加強框的結構形式與機身 外形、內部裝載布置、集中力大小、性質以及支持它的機身結構的特點有密切關系。 若加強框兼做增壓座艙的氣密端框，則增壓載荷也會影響框的結構形式。由此

14、可見， 影響加強框結構的因素是多種多樣的，為了適應不同的需要，加強框有多種結構形式。 但是從受力形式上看，加強框基本分為整體式、環式兩大類 。（如圖2.3）圖2.3加強框分類2.2 框的連接分析飛機隔框的連接分為內部連接和外部連接，隔框在外部與機身蒙皮、桁條等結構 相連接，在隔框內部，隔框的各個部分之間通過T型角材連接接頭連接，并且在框的 一面有角片連接，以便能和不同類型的桁條連接在一起。如圖 2.4圖2.4桁條種類和連接方式UT W TTW圖2.5選定的桁條剖面形狀1蒙皮；2桁條；3框；4 彎邊；5角片出于結構上和工藝上的考慮，選用如下圖所示的桁條形式來連接。選取 HB0-31-83如圖2.

15、5中A類或比 £ 看另 丈 一A型I TOYTTT2.3 框的受力分析普通框用來維持機身的截面形狀。一般沿機身周邊空氣壓力為對稱分布，此時空 氣動力在框上自身平衡，不再傳到機身的其他結構上去。普通框都設計成環形框，當 機身為圓截面時，普通框的內力為環向拉應力；當機身截面有局部接近平直段時，則 普通框內就會產生彎曲內力。止匕外，普通框還受到因機身彎曲變形引起的分布壓力 pi, pi是自身平衡的。如圖2.6lu)(b)(c)圖2.6系統結構圖(a)空氣壓力載荷(b)機身彎曲變形引起的壓力pi (c)壓力pi的分布加強框除上述作用外，主要功用是將裝載的質量力和其他部件(機翼、尾翼等) 上的

16、載荷，經連接接頭傳遞到機身結構上，將集中力加以分散，然后以剪流的形式傳 給機身蒙皮。加強框受垂直集中力的作用時，曲梁的最大彎矩在集中力作用點附近，其彎矩如圖2.7所示圖2.7隔框的彎矩圖加強框承受水平載荷時，作用于加強框的水平載荷通常是不對稱的。如圖 2.81田圖2.8非對稱載荷的傳遞3裝配設計3.1 框的設計3.1.1 偏移面的截取查詢飛機設計手冊第十版表 13-27知，此類型的民用飛機的厚度最小為1.8mm,現取其厚度為2mm,以給出的飛機氣動外形為設計基準，通過CATIA中的偏移命令， 向里偏移2mm,留出蒙皮的厚度，然后在坐標系位置通過偏移平面命令 名找到14478 站位點，再在反方向

17、偏移 20mm,通過創成式外形設計分割命令 2，將偏移面截取 出來，并令其他的剩余部分隱藏。如圖 3.1圖3.1偏移面的截取3.1.2 隔框外形設計以飛機氣動外形為設計基礎設計出結構外形如圖 3-2所示的框板結構。該框是普 通框，通過飛機設計手冊第十冊中表 13-2得知，該框框高159mm。用封閉曲面將偏 移面實體化，然后用曲線平行命令把偏移面向內部偏移 159mm,在此基礎上，建立 十字相交的基準，且向兩側拉伸各20mm成曲面，把實體用曲面分成四部分；在零件 設計模塊中用可，將其切割成四分之一，而后把偏移曲線投影，作凹槽虹，剩余四 分之一，在此基礎上來進行下一步操作。如圖 3.2圖3.2隔框

18、外形的獲取3.1.3 工藝孔和減輕孔由于裝配和成形工藝的需要，框板上需要制出裝配定位孔和系統通孔等各類工藝 孔。各框板上設計有坐標定位孔，用于在框板裝配型架上確定零件的正確的位置以便 于定位裝配。在滿足框板結構工藝性的前提下，為了減輕不必要的重量，因此各框板上應開有 減輕孔，減輕孔根據直角減輕孔 HB0-16-20039計而成，因為其材料選擇為 LY12-M 材料厚度為t=2mm故取大孔Di=100mm小孔D2=58mm,大孔與小孔之間的距離是 80mm,在每段隔框中，大孔平均分布在隔框中，每180一個大孔，根據具體的框板工藝性確定具體數目為大孔4個/板，小孔10個/板。ku圖3.3減輕孔形狀

19、通過用CATIA建立角平分線、草圖，凹槽等命令先畫減輕孔如圖圖3.4減輕孔3.1.4 桁條缺口查取航標手冊標準HB0-31-838,其材料選擇為XC231,所以框板上的桁條缺口 選用的是槽形型材的桁條缺口設計，對應的航標選擇HB0-31-83 ,并且取倒圓角r=2mm,主要尺寸取a=20mm, H=45mm。依據航標尺寸，在以上圖形的基礎上畫出 桁條缺口。如圖3.5和圖3.6圖3.5桁條缺口圖3.6桁條缺口3.1.5 隔框的剖面形狀和厚度通過查詢飛機設計手冊第十冊機身結構設計部分，此處設計的框的剖面形狀為 “U”行框，不僅能夠加強結構的強度，而且對隔框的穩定性有很大的幫助；為了保 證飛機結構的

20、安全性和裝配工藝的優化性，隔框的厚度設計為2mm同時在槽的內部倒圓角r=5mm。在此處用盒體命令來完成。如圖 3.7具體的步驟為：繪制草圖一選擇曲面一抽殼一倒圓角一保存管理圖3.7隔框剖面形狀3.1.6 部分隔框之間的連接在3.1.5抽殼步驟中，在每四分之一隔框的兩端出都留有 2mm厚度的材料，這樣在連接處形成雙U形連接接頭，此接頭結構穩定，強度大，在 3.1.5中完成。圖3.8桁條接頭3.2 角片的設計角片是連接隔框和桁條的重要結構，不僅能起到固定隔框的作用，而且對隔框傳 遞力至蒙皮有著至關重要的作用，在飛機裝配制造修理過程中，角片有時候也能扮演 者定位的角色。根據航標HB8070-2002

21、10表2中，選擇角材白材料為XC113-8;角片的H=20mm, s=1.5mm, L=28mm在制作過程中，通過建立草圖，拉伸實體，然后在實體表面再建 立草圖，通過盒體等命令建立出角片，最后倒圓角r=6mm和倒角45°,完成角片的設 計。如圖3.9和圖3.10圖3.10角片實際圖3.3 隔框的裝配與協調3.3.1 隔框的裝配成型對于裝配問題，處理時有兩種方法11。第一種是通過對零件在裝配約束關系的基 礎上實現的，對合作完成部件的設計比較方便；第二種是直接在裝配模塊中通過自上 而下的建模方法，這對于有單人完成的零部件設計建模比較方便。在此次課設中，隔框的設計按照下面的步驟進行：一、偏

22、移蒙皮2mm,截取20mm偏移后的蒙皮，封閉曲面。二、建立基準，將實體截取，剩余四分之一部分，通過平行曲、凹槽和命令 完成大體圖。三、在上一步的基礎上，建立減輕孔和桁條缺口的草圖，零件設計中完 成減輕孔和桁條缺口。如圖3.11圖3.11裝配成型圖3.3.2 各零件之間的協調互換指批生產中，同一種零件之間，在尺寸和形狀方面的一致性。協調至相配合 的兩種零件在尺寸和形狀方面的一致性。互換性不僅要體現協調準確度，還要求制造準確度，而協調只體現協調準確度，因而具有互換性的零件，必將是協調的，所以協調是保證互換性的必要條件， 在鉞金 零件制造中，不但要求協調，而且要求互換。互換，包括完全互換和不完全互換。而 對飛機鉞金零件，不一定要求完全互換，但要求完全協調。3.4 工程制圖出圖在畫完整個裝配圖后，由工程制圖命令進入到工程圖，選擇零號圖紙，然后選擇 正視圖命令，切換窗口進入到裝配圖中雙擊工程圖，導出正視圖，在此基礎上，選擇 剖視圖命令按鈕，選擇如下圖所示剖面線，在右側導出A-A剖視圖；在角片位置，選擇詳細視圖命令，如正視圖下方位置局部視圖。如圖3.12所示圖3.12工程制圖4總結此次的CATIA課程設計，使我更深一步的了解到了數字化應用的優越性，C