直升机复合材料构件数字化生产线技术研究.docx

直升机复合材料构件数字化生产线技术研究李薇刘秀芝杨楠楠高大伟哈尔滨飞机工业集团摘要:本文研究了飞机复合材料构件数字化生产线的体系结构，指出打通数字化生产线的关键在于实现数字化设计中心和数字化制造中心内部各环节数据及之间数据的顺畅流动。介绍了飞机复合材料构件的数字化产品定义、数字化工装设计、数字化工艺设计、数字化制造和生产组织管理以及打通复合材料构件数字化生产线数据流等方面所做的工作和实施效果。关键词:直升机复合材料数字化生产线设计制造1概述先进复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计、抗疲劳、耐腐蚀性能好和易于整体成形等诸多优点，将其用于航空航天结构上，可比常规的金属结构减重25%～30%，并可明显改善其气动弹性特性，提高飞行性能，这是其它材料无法或难以达到的。随着计算机技术和数控技术的不断发展，各种各样的软件和数控设备相继出现，使复合材料构件研制过程以数字量传递成为可能,为复合材料构件实现数字化制造创造了良好的条件。另一方面，在国内飞机制造业中，复合材料构件的设计制造大多仍沿用传统的模拟量尺寸传递体系，数字化设计制造技术虽得到了实际应用，并取得了一定的效益，但基本处于孤立的状态，尚未实现复合材料构件从设计、工艺、工装、制造到检测整个过程中的信息共享，没有打通整个数字化设计制造环节，致使现有的数字化设计制造技术不能充分发挥其应有的作用。美国波音公司在波音777型飞机型号研制中采用数字化技术，使研制周期缩短50%，出错返工率减少75%，成本降低25%，已经成为数字化设计制造技术在飞机研制中应用的标志和里程碑。在波音787飞机项目中采用FiberSIM软件进行复合材料构件产品的数字化设计，并将设计数据向全球的合作伙伴进行发放，保证了复合材料构件数据的唯一性和准确性。飞机复合材料构件数字化生产线技术，重在将复合材料构件设计制造技术与数字化技术相结合，实现复合材料构件设计与制造各环节数字化、各环节之间的数据流畅通和复合材料构件在并行工作模式下的设计、工艺、制造、检测、装配全过程的集成。2飞机复合材料构件数字化生产线总方案飞机复合材料构件数字化生产线总方案如图1所示。本工程以计算机网络环境和并行工作模式为基础，在企业工程数据管理系统支撑下，由两个大的环节构成——数字化设计中心和数字化制造中心。其中数字化设计中心主要完成复合材料构件的相关设计任务，包括构件的数字化定义、铺层设计与排样、铺放与缠绕轨迹设计、CAE分析与仿真、工装设计、工艺设计与制造过程仿真等，数字化制造中心主要完成毛料剪裁（预浸料和蜂窝）、激光铺层定位、自动铺放、自动铺丝与缠绕、固化成型、切边钻孔、部件装配、质量检测等制造任务。图1飞机复合材料构件数字化生产线总方案从图1中可以看出，构建复合材料构件数字化生产线，除实现两大环节的数字化外，还必须保证各环节之间数据流畅通。基于数字化生产线总方案，围绕复合材料构件数字化设计、数字化工艺设计、数字化工装设计、数字化制造、数字化检测、并行工作管理、工作流程管理和质量控制等开展研究，并将精益制造理论和思想融合到整个生产体系中。3复合材料构件数字化生产线技术研究3.1复合材料构件数字化生产线体系飞机复合材料构件数字化生产线体系研究主要围绕复合材料构件数字化产品设计、数字化工艺设计、数字化工装设计、数字化制造、数字化检测、并行工作管理、工作流程管理、质量控制等开展，并将精益制造理论和思想融合到整个生产体系中。复合材料构件数字化生产线构成复合材料构件生产线平面布置图如图2所示：图2复合材料生产线平面布置图从图2中我们可以看到：复合材料构件生产线由9个区域组成，即材料存储区、预浸料下料区、蜂窝下料区、铺层区、固化区、复材机加区、复材检测区、复材部件装配区、喷漆区。总面积达5万余平方米，在亚洲是最大的。在企业近年的技术改造项目实施后每个区域都可实现数字化。（2）复合材料构件生产线流程复合材料构件数字化生产线典型流程如图3所示：激光定位系统复合材料构件三维模型建立预浸料剪裁预浸料铺叠固化无损检测修补切割胶接装配/组合胶接固化无损检测部件装配CATIA/UGⅡCOVERS/FebSim数控下料机铺层结构设计下料排样/三维边界工装工具数控机床测厚仪声发射C扫描自动化热压罐热压床\固化炉工装三维设计/数控编程/制造数控机床/数控测量修补仪自动铺放设备数据接口图3数字化生产线典型流程3.2复合材料构件数字化设计技术复合材料构件的最显著工艺特点是在完成材料制造的同时完成产品的制造。因此，复