飞机大型覆盖件的数字化成形制造技术
飞机大型覆盖件的数字化成形制造技术
《冲压工艺及模具设计》大作业大型覆盖件成型工艺及模具**：***班级：成型072成绩：飞机大型覆盖件的数字化成形制造技术飞机作为一种常见的航空工具，其制造技术复杂，工艺流程多，零件数目巨大，而其最主要的外部构件却是整体成型，然后组装起来成飞机表面的覆盖件，其在飞机制造行业的学名是蒙皮。
蒙皮是构成飞机气动外形的外表零件，其尺寸大、品种多、外形复杂、批量小，主要采用拉伸成形工艺，其先进程度是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志。
现代制造技术的普及使数字化成形制造技术在航空制造领域不断推广和应用，使飞机蒙皮从传统的经验型向科学型制造模式转变。
飞机蒙皮数字化成形工艺是一个综合CAD工艺设计系统、CAE仿真分析、数控柔性工装、数字化测量和CAM数控成形技术等先进制造技术而成的数字化生产制造技术。
基于数字化柔性工装的飞机蒙皮数字化成形制造技术，是基于柔性多点拉形模具、柔性夹持定位和数控切边构成的可重构柔性工装的全数字量传递的蒙皮制造技术。
其主要的工作流程如下所述：一、模具型面CAD工艺设计系统在蒙皮的常规制造工艺中，包括设计模具型面、编制工艺流程、制造拉形模具、拉形、测量、切边等工序，其中模具型面的设计是整个工艺流程的关键环节，其需要根据蒙皮零件形状增加工艺补充面，设计模具型面，为拉形模具的制造提供依据。
国内外CAE软件固化了零件模具设计及成形仿真流程，用户能方便地操作从零件几何数据导入、模具生成到成形仿真CAE等固化流程。
为了规范化、流程化整体化蒙皮模具的设计流程，提高快速研制、加工和生产的能力，我国科学家综合多年的飞机蒙皮拉形工艺研究工作，构建了蒙皮CAD工艺设计系统框架，继而通过艰苦的努力，基于法国达索公司的CATIA 软件CAA平台，开发了模具型面CAD数字化工艺设计系统。
二、蒙皮拉形CAE仿真及回弹补偿优化技术蒙皮拉形过程的数值模拟分析，可以方便快速地确定各种参数对金属塑性流动的影响，预测蒙皮零件在成形中是否产生起皱、破裂等缺陷，计算回弹对零件形状、尺寸的影响，为设计者提供了进行工艺分析和模具设计的科学依据，减少或消除试拉和反复调形次数、改善产品质量，为传统制造模式向数字化方向转变奠定了基础。
大型飞机数字化设计制造技术应用综述
MBD(Model Based Definition) 标准的研究和制定⼯作，于2003年成为美国国家标准“Y14.41 DIGITALPRODUCT DEFINITION DATAPRACTICES”（数字化产品定义数据的实施）。
波⾳公司在本标准基础上，做了进⼀步研发⼯作，制定了公司的基于模型定义MBD技术应⽤规范BDS -600系列（实际上还有⼏百项与MBD相关的规范），如表1所⽰。
在此过程中其主导思想不能只是简单地将⼆维图纸的信息反映到三维数据中，⽽要充分利⽤三维模型所具备的表现⼒，去探索便于⽤户理解且更具效率的设计信息表达⽅式，其中包括⼤量的⾮⼏何信息，如零件表、设计规范和⼯艺信息等。
这样，才能不再使⽤百年来的⼯程师语⾔——蓝图（⼆维图纸）。
⽽在贯彻MBD思想时，最为艰难的是“要从⼆维图纸⽂化这种现有概念中跳出来，从零开始研究新的信息表达⽅式”。
为此，⾸先应针对概念设计、初步设计、详细设计、⽣产准备、评估与检验等每个阶段，弄清楚“哪些是产品制造中所必须的信息”。
⽽这些信息都体现在MBD技术应⽤规范BDS-600系列中，并且波⾳在研制波⾳787客机中得到了很好的贯彻，已取得了⼗分明显的进展，⽽且也得到国际上的⼴泛认同。
4 数字化定义技术与其他先进技术相融合随着计算机技术、数控加⼯及成形技术、数字化测量技术、复材构件成形技术和先进装配技术的不断发展，以及精益⽣产、并⾏⼯程等先进理念的诞⽣和应⽤，使现代飞机的协同研制处于不断的变⾰之中，传统技术不断精化，新材料、新结构、新的加⼯成形技术不断创新，集成的整体结构、复材构件和数字化技术构筑了新⼀代飞机先进制造技术的主体框架。
数字化技术的采⽤⼤幅度地提⾼了飞机设计制造技术⽔平，加快了现代飞机研制的整体进程。
所有这⼀切都体现在空客和波⾳公司的新机研制中，特别是A380和波⾳787飞机的研制中，他们使数字化应⽤技术与其他先进理念和技术相结合，才使数字化应⽤技术在飞机研制中发挥了巨⼤的效益。
数字化制造技术在航空制造业中的应用
数字化制造技术在航空制造业中的应用随着数字化时代的到来，数字化制造技术越来越受到航空制造业的重视。
数字化制造技术可以提高生产效率、降低成本、提高产品质量，是航空制造业实现智能化、高效化的重要手段。
本文将介绍数字化制造技术在航空制造业中的应用。
一、数字化仿真技术数字化仿真技术是航空制造业中应用最广泛的数字化制造技术之一。
数字化仿真技术可以在计算机上进行多种航空制造过程的仿真，如3D建模、材料分析、成型模拟等。
通过数字化仿真技术，可以在最短时间内得到最准确的制造方案和成品质量预测。
数字化仿真技术可以大大节省制造成本和时间，同时提高产品质量。
数字化仿真技术在航空制造业的应用非常广泛。
例如，在航空发动机制造中，数字化仿真技术可以模拟高温燃烧室的结构和材料，确定最佳的温度控制方案和降低材料腐蚀的方法。
在航空机身制造中，数字化仿真技术可以模拟飞行过程中机身的应力和变形，确定最佳的结构和材料，提高机身的耐久性和安全性。
在航空座椅制造中，数字化仿真技术可以模拟人体工程学、舒适度和安全性等多个方面，确定最佳的设计和材料，提高乘客的舒适度和安全性。
二、数字化加工技术数字化加工技术是航空制造业中另一种重要的数字化制造技术。
数字化加工技术可以在计算机模拟出产品的设计图并转换成数字化控制指令，使机器自动化完成制造过程。
数字化加工技术可以提高零件制造的精度和效率，同时降低制造成本。
数字化加工技术在航空制造业中应用非常广泛。
例如，在航空铝合金制造中，数字化加工技术可以使加工中的铝合金材料经历更少的加工工序，大大降低制造成本。
数字化加工技术也可以应用于航空材料的高性能加工、精度控制和表面处理等方面，提高航空器件的品质。
三、数字化质量控制技术数字化质量控制技术是一种基于数字化技术的质量控制技术。
数字化质量控制技术可以在计算机上进行模拟实验，对产品在制造过程中的各个阶段都进行检测和分析，最终得到产品的制造过程控制方案和质量控制标准。
数字化制造技术在航空制造中的应用
数字化制造技术在航空制造中的应用数字化制造技术是一种基于计算机技术的制造方式，它通过数字化模拟的手段，实现了产品的设计、制造、检验等整个生产过程的数字化和自动化，从而提高了生产效率，优化了生产过程，并且大幅度降低了生产成本。
在航空制造行业中，数字化制造技术得到了广泛应用，为制造出更高品质、更具安全性的航空产品提供了支持。
一、数字化制造技术在航空设计中的应用在航空设计中，数字化制造技术能够通过数字仿真技术、虚拟现实技术和数字化材料特性技术等手段，实现对整个设计过程的全程数字化，提升了设计的准确性和可靠性。
数字仿真技术能够模拟出飞行环境下各种因素的影响，帮助设计师进行实时的设计和优化，提升了设计的精度和速度。
虚拟现实技术能够实现虚拟样机的制作，赋予设计师更多的空间思考和创新，为产品的创新和优化提供了支持。
数字化材料特性技术能够通过对材料特性的仿真模拟，预测出各种情况下的材料行为，帮助设计师确保材料的合理性和安全性。
二、数字化制造技术在航空制造中的应用范围也非常广泛，从机体制造到发动机制造，从零配件到整机装配，都能够实现数字化和自动化制造。
数字化制造技术能够实现制造过程中的数据增强、自动化控制、智能化调节，大幅度提高了制造效率和制造质量。
此外，数字化制造技术还能够实现航空相关器材的各种特殊加工，如曲面加工、高精度加工、复杂结构加工等，为制造出更高品质的航空产品提供了支持。
数字化制造技术还能够通过机器学习、神经网络等技术，实现对生产设备和生产过程的智能管理和智能优化，从而进一步提升了数字化制造基础设施的效益。
三、数字化制造技术在航空检验中的应用数字化制造技术在航空检验中的应用也非常重要。
数字化制造技术能够通过数字化检验手段，实现对各种检验数据、测试数据的快速采集和统计，提高了检验的速度和准确性。
数字化制造技术还能够实现对制品生产过程中的各个环节的数据收集和存储，为后续的生产管理提供参考。
数字化制造技术还能够通过虚拟现实技术和智能检测技术，实现对制品的全面、智能、精确的检测和分析，为产品质量的提升提供了支持。
航空器制造中的数字化技术应用
航空器制造中的数字化技术应用在当今科技飞速发展的时代，数字化技术正以前所未有的速度和深度融入各个行业，航空器制造领域也不例外。
从设计、生产到维护，数字化技术的应用正在重塑航空器制造的流程和模式，为行业带来了显著的变革和进步。
在航空器的设计阶段，数字化技术的应用极大地提高了效率和精度。
传统的设计方法往往依赖于手绘图纸和物理模型，不仅耗时费力，而且难以对复杂的结构和系统进行精确的模拟和分析。
而现在，借助计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）软件，工程师们可以在虚拟环境中创建三维模型，对航空器的外形、结构、气动性能等进行详细的设计和优化。
这些软件不仅能够实现精确的几何建模，还可以进行力学分析、流体动力学模拟、热传递分析等，帮助工程师在设计阶段就发现潜在的问题，并及时进行调整和改进。
此外，数字化技术还支持协同设计，不同地区、不同专业的工程师可以通过网络平台实时交流和协作，共同完成设计任务，大大缩短了设计周期。
数字化技术在航空器制造的生产阶段也发挥着关键作用。
数字化制造技术，如计算机数控（CNC）加工、增材制造（3D 打印）等，使得零部件的生产更加精确和高效。
CNC 加工设备能够根据数字化的设计图纸，自动完成复杂零部件的切削、钻孔、铣削等加工工序，保证了零部件的精度和一致性。
而 3D 打印技术则为航空器制造带来了新的可能性，它可以直接根据数字模型制造出形状复杂、轻量化的零部件，减少了材料的浪费和装配工序。
同时，生产过程中的数字化管理系统能够实现对生产进度、质量、资源等的实时监控和管理，提高了生产的可控性和透明度。
通过对生产数据的收集和分析，企业可以及时发现生产中的问题，采取针对性的措施进行改进，从而提高生产效率和产品质量。
在质量检测方面，数字化技术同样带来了重大突破。
传统的检测方法通常依靠人工使用量具进行测量，容易受到人为因素的影响，而且效率低下。
如今，数字化检测设备如三坐标测量机、激光扫描仪等的应用越来越广泛。
数字化制造技术及其在飞机制造中的应用
数字化制造技术及其在飞机制造中的应用摘要：数字化制造技术是将数字化技术与传统制造业相结合产生的新兴制造技术。
在飞机制造中，数字化制造技术可以提高制造效率、降低成本、改善产品质量。
本文将从数字化制造技术的概念、特点及其在飞机制造中的应用三个方面进行探讨。
第一节：数字化制造技术的概念数字化制造技术是将数字化技术与传统制造工艺相结合，实现制造全过程的数字化、模拟化和虚拟化的一种新兴制造技术。
数字化制造技术的核心是数字化设计、数字化制造和数字化管理。
数字化设计是指利用计算机辅助设计软件进行三维建模，完成产品的设计和演示；数字化制造是指利用数控加工机床和机器人等设备进行快速精密加工；数字化管理是指利用信息化技术来实现加工过程的监控和管理。
数字化制造技术具有信息化、高度集成化、高速化、智能化、柔性化等特点，有利于提高制造效率、降低成本并提高产品质量。
第二节：数字化制造技术的特点（一）高精度：数字化制造技术可以通过计算机模拟实现产品的精确制造，减少人力因素对制造精度的影响，提高了制造的准确性和精度。
（二）快速生产：数字化制造技术能够通过计算机控制高速加工设备进行快速加工，减少人工工作量，提高生产效率和生产速度。
（三）柔性生产：数字化制造技术可以根据产品的不同特点，调整生产线的工艺流程和加工方式，实现柔性生产，提高生产的适应性和灵活性。
（四）信息化管理：数字化制造技术可以通过计算机监控实现全面监测，达到生产工艺的全程化控制和管理。
第三节：数字化制造技术在飞机制造中的应用（一）数字化设计：数字化设计可以利用计算机软件进行三维建模，加快设计过程，降低错误率，并实现产品的可视化和演示，帮助工程师更好地调整设计方案，促进产品研发过程。
（二）数字化制造：数字化制造可以利用数控机床快速加工所需的各种零部件，并可以利用机器人等设备进行自动化操作，提高制造效率和制造精度。
（三）数字化管理：数字化制造技术可以通过监控设备，实现对生产过程的全面监测，实现生产工艺的全程化控制和管理，从而提高生产线工作的效率、质量和准确性。
数字化制造技术在航空工业中的应用
数字化制造技术在航空工业中的应用随着科技的不断发展，数字化制造技术已经成为了当今航空工业的趋势，不仅能够提升生产效率，缩短生产周期，降低生产成本，而且还能够提高产品的质量和安全性。
数字化制造技术及其在航空工业中的应用，已经成为了各大企业展示自己实力的重要手段之一。
数字化制造技术包括计算机辅助设计（CAD），计算机辅助制造（CAM），数字化控制技术（CNC），三维打印技术等。
航空工业是场大而复杂的制造工艺，其中包含了海量的数据和精细的零件，许多部件都需要高度的精度和安全性，这也给数字化制造技术的应用提出了更高的要求和更大的挑战。
在数字化制造技术中，CAD是最基础、最基本的工具。
在CAD的帮助下，设计人员能够更准确、更快捷的进行产品的设计，降低产品的设计成本和时间成本，同时也能够避免产品设计中的差错，提高了产品的质量。
在航空工业中，CAD最主要的应用是在大型飞机的设计和模拟。
而CAM则是将CAD中的图形数据转变为可控制的加工程序，在制造工艺中起到了重要的作用。
CAM能够直接获得CAD中的三维数据，从而生成相应的加工程序，使得制造更加高效、准确和安全。
在航空工业中，尤其是在大型飞机的制造中，CAM是工艺优化的核心。
数字化控制技术（CNC）则是数字化制造技术的重要组成部分之一，也是航空工业数字化制造的重要实现手段。
CNC利用计算机来控制加工设备进行加工的过程，可以实现复杂零件的加工和加工参数的控制。
在航空工业中，CNC特别适用于加工复杂的零部件，如大型机身等。
在数字化制造技术中最新兴的，也是最引人瞩目的技术是三维打印技术。
三维打印技术通过将CAD中的数码文件转化为物理模型，并以分层的方式通过逐层累加加工的方式来制作零部件。
三维打印技术不仅能够将各种原材料转化为各种形状的零部件，而且还可以制作有机、复杂的结构体和零部件。
在航空工业中，三维打印技术的主要应用是在制造零部件方面，如飞机引擎喷头等。
数字化制造技术的应用不仅是航空工业转型的必经之路，也将推动整个行业的创新和发展。
大型客机钣金数字化柔性精准成形技术
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思路 。根 据 该 思 路 ， 数 字化 工 艺设 计 、 确 数 值 模 拟 、 速 工 装 设 计 、 量 控 制 和 数 字化 检 测 等 方 面 ， 析 和 总 从 精 快 质 分 结 出了 实现 大型 客 机 钣 金 数 字化 柔 性 精 准 成 形 制 造 的 关键 支撑 技 术 。 关键 词 ： 钣金 ； 大型 客 机 ； 字化 成 形 ； 性 成 形 ； 准 成形 数 柔 精 中 图分 类 号 ： ６ ． ； Ｖ２ ０ ５ ＴＧ３ ６ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： ０ ５ ２ １ （ ０ １ ０ — ２ ６ ０ １ ０— ６ ５２ １ ） ２０ １－６
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飞机作为一种常见的航空工具，其制造技术复杂，工艺流程多，零件数目巨大，而其最主要的外部构件却是整体成型，然后组装起来成飞机表面的覆盖件，其在飞机制造行业的学名是蒙皮。
蒙皮是构成飞机气动外形的外表零件，其尺寸大、品种多、外形复杂、批量小，主要采用拉伸成形工艺，其先进程度是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志。
现代制造技术的普及使数字化成形制造技术在航空制造领域不断推广和应用，使飞机蒙皮从传统的经验型向科学型制造模式转变。
飞机蒙皮数字化成形工艺是一个综合CAD工艺设计系统、CAE仿真分析、数控柔性工装、数字化测量和CAM数控成形技术等先进制造技术而成的数字化生产制造技术。
基于数字化柔性工装的飞机蒙皮数字化成形制造技术，是基于柔性多点拉形模具、柔性夹持定位和数控切边构成的可重构柔性工装的全数字量传递的蒙皮制造技术。
其主要的工作流程如下所述：
一、模具型面CAD工艺设计系统
在蒙皮的常规制造工艺中，包括设计模具型面、编制工艺流程、制造拉形模具、拉形、测量、切边等工序，其中模具型面的设计是整个工艺流程的关键环节，其需要根据蒙皮零件形状增加工艺补充面，设计模具型面，为拉形模具的制造提供依据。
国内外CAE软件固化了零件模具设计及成形仿真流程，用户能方便地操作从零件几何数据导入、模具生成到成形仿真CAE等固化流程。
为了规范化、流程化整体化蒙皮模具的设计流程，提高快速研制、加工和生产的能力，我国科学家综合多年的飞机蒙皮拉形工艺研究工作，构建了蒙皮CAD工艺设计系统框架，继而通过艰苦的努力，基于法国达索公司的CATIA 软件CAA平台，开发了模具型面CAD数字化工艺设计系统。
二、蒙皮拉形CAE仿真及回弹补偿优化技术
蒙皮拉形过程的数值模拟分析，可以方便快速地确定各种参数对金属塑性流动的影响，预测蒙皮零件在成形中是否产生起皱、破裂等缺陷，计算回弹对零件形状、尺寸的影响，为设计者提供了进行工艺分析和模具设计的科学依据，减少或消除试拉和反复调形次数、改善产品质量，为传统制造模式向数字化方向转变奠定了基础。
在蒙皮拉形仿真软件方面，北京航空航天大学的蒙皮拉形仿真软件STRETCHFORM，对蒙皮拉形过程进行有限元数值模拟分析。
在可重构柔性模具蒙皮拉形工艺中，利用柔性模具的快速调形和可重构性，优化模具型面，补偿回弹，实现蒙皮零件的精密拉形。
北京航空航天大学板料成形研究中心基于现有的向前回弹法和位移调整法开发了基于可重构柔性模具的蒙皮拉形工艺仿真系统，实现了有限元建模过程的自动化和智能化，提高了模拟效率，从而快速地对蒙皮拉形过程中可能出现的成形缺陷进行预测，通过调整柔性模具型面，修正零件回弹，减少或消除试拉和反复调形次数，为飞机蒙皮从传统制造模式向数字化制造模式的转变提供了技术保障。
三、基于可重构柔性模具的飞机蒙皮数控拉形
可重构柔性模具由有限个可调整的单元集组成，通过调整每个调形单元的高度构成所需零件的包络曲面，以此替代实体模具进行成形。
柔性多点成形作为一种柔性、高效的全新的板材成形模式，并有减少模具数量，缩短制造周期，减少投资和占地等优点，但其目前有以下关键技术亟需突破：
1)大量密集多点冲头快速精密调整和多轴数字智能伺服集成控制技术；
2）带弹性垫层的柔性多点模具拉形工艺及蒙皮表面质量控制技术；
3)数值模拟、工艺优化和模具型面预测技术；
4)横具型面优化和贴模精度主动控制技术；
5)蒙皮数字化制造系统集成技术。
近年来，我国科学家已突破了飞机蒙皮CAD数模工艺补充面的自动生成技术，实现了钉高调形数据的自动生成，解决了大量密集冲头的实时、并行控制等关键技术，开展了基于弹性垫层、复合垫层的蒙皮拉形工艺研究，建立了—套基于可重构柔性多点模具的飞机蒙皮数字化拉形试验系统。
四、基于离线测量的闭环形状控制模面优化技术
4．1 离线测量技术
基于可重构柔性多点模具成形的蒙皮零件，由于取消了实体模具，传统检测方法不再适用需用非接触光学测量法进行测量。
这种测量技术能计算出被测点在视觉坐标系中的空间坐标，获得零件被测区域的密集空间点云，并依此进行曲面重构。
4．2 闭环形状控制技术
CAE仿真分析优化由于没有考虑实际机床和材料等性能的波动，蒙皮拉形所得到的零件外形必然与理论外形存在误差，这就需要用闭环形状控制对成形误差进行自动修正。
板材闭环形状控制的基本原理是将自动控制理论中闭环反馈控制的思想引入到板材成形领域，利用先进的控制技术解决板类件精确成形的问题。
将以上两者结合起来，用基于离线测量闭环形状控制的柔性模具型面优化设计方法，构建闭环形状控制系统，通过设计变形传递函数，迭代计算出获得所需零件外形的柔性模具优化型面，实现蒙皮贴模精度的主动控制。
五、柔性夹持蒙皮数控切边技术
利用柔性夹持定位工装，在五坐标势控铣切设备上进行切边，是近年来国外发展的飞机会皮数字化切边的一项新技术。
柔性夹持蒙皮切边技术，是采用离散的带真空吸盘的立柱阵列调形拟合窒皮的三维外形，即以点代面，精确牢固地夹持蒙皮零件、立体定位，与龙门式五坐标数控蒙皮铣切设备配套使用，实现零件外形边缘的立体精确切边、多台阶化铣刻线等。
与传统的利用样板划线剪切切边工艺方法相比，吸盘式柔性夹持蒙皮切变技术具有明显的优点。
飞机蒙皮制造技术是一项全新的高科技技术，该技术的不断深入研究，将大力推进国内飞机制造技术的数字化，精准化，柔性化水平。
参考文献
1 邹方，新一代飞机蒙皮拉伸成形柔性多点模具，航空制造技术，2007年第11期：30~33.
2 李东升，罗红宇，王丽丽，张文阳，李小强，飞机蒙皮的数字化成形制造技术，塑性工程学报，2009年2月第16卷 1期：82~87
3 姜奎华，冲压工艺与模具设计，机械工业出版社，1998年5月第一版:186~190。