专利名称：一种基于计算机辅助设计的管路装配检验工装设计方法
技术领域：
本发明属于数字化设计领域，涉及ー种航空发动机、燃汽轮机中的管路部件加工用的基于计算机辅助设计的管路装配检验エ装设计方法。
背景技术：
发动机和燃汽轮机上为了节省空间，各种管路设计相互重叠交叉，为了避免管路相互干渉，导管的空间几何形状很复杂。另外管路部件品种多、数量庞大、大小长短不一，有较严的制造公差要求。导管弯曲成型后，与各种管接头和法兰进行焊接并对其位置进行检测验收，为此必须有相应管路部件装配检验エ装配合完成此项工作。目前管路部件的相关エ装都是依靠エ装设计人员手动ニ维设计，由于管路空间位置复杂，要表征每一段管路精确的空间位置，在ニ维设计时，投影关系复杂，并且需要丰富的空间想象力和夹具设计经验，经过反复调整多次方可达到要求。由于设计工作量大，加之导管空间复杂，导致设计效率低下，设计质量难以保证。
发明内容
本发明的目的是提出一种检验エ装设计效率高，质量好的基于计算机辅助设计的管路装配检验エ装设计方法。本发明的技术解决方案I).在计算机三维设计软件中建立一个总装模型，在总装模型中建立ー个管路エ装底板零组件，保证底板零组件的上表面的左下角交点与总装模型的绝对原点重合，底板零组件长度方向与总装模型的绝对坐标系X轴重合，底板零组件宽度方向与总装模型的绝对坐标系Y轴重合，在底板零组件上表面形成XOY平面，在底板零组件上装配上首段支座零组件、末段支座零组件和中间段支块零组件，保证首段支座零组件、末段支座零组件和中间段支块零组件下表面与底板零组件上表面贴合；2).在底板零组件上表面栽放エ艺球零组件，エ艺球零组件球心距离绝对坐标系ZOY平面为整值Λ X，エ艺球零组件球心距离绝对坐标系ZOX平面为整值Λ Y，并保证エ艺球零组件球心距离绝对坐标系XOY平面为整值Λ Z03).将管路零组件以绝对原点的方式装配到该总装模型中；并在管路零组件中选取两段沿Z轴方向高度差最小管路段在管路零组件中形成ー个平面R，在总装模型中约束该平面距离エ艺球零组件球心为ー个整值Λ I，选取管路零组件某ー个特定截面到エ艺球零组件球心给定ー个整值Λ 2，并保证该段的轴线与エ艺球零组件球心也是ー个整值Λ 3，且该段的轴线与X轴的夹角为ー个整值Φ ;4).确定管路零组件的首段轴线与底板零组件上XOY平面的投影角Θ0，管路零组件的首段端面圆心点的绝对高度值Zi，根据投影角θ O和绝对高度值Zl，以确定首段支座零组件的俯仰角β O和高度值HO，驱动首段支座零组件数模与管路零组件的首段端面匹配；
HO=Zl+ δ 1*SIN θ O — δ 2*C0S θ Oβ 0= θ OHO为首段支座零组件特征高度值Zl为管路零组件的首段端面圆心点距离XOY平面的高度值β O为首段支座零组件俯仰角度值δ 1，δ 2为为管路装配エ艺控制给定常值5).由管路零组件首段的轴线的起点Χ1、Υ1、Ζ1和终点坐标Χ2、Υ2、Ζ2，推算出首段支座零组件两定位销孔的绝对X，Y，Z坐标值XD1，YD1，0和XD2，YD2，0，其中
XDl=Xl+ δ 1*C0S Θ 0*C0S α 0+ δ 2*SIN θ 0*C0S α 0+ δ 3*C0S α O- δ 4*SIN α OYDl=Yl+ δ I^COS θ 0*SIN α 0+ δ 2*SIN θ 0*SIN α 0+ δ 3*SIN α 0+ δ 4*C0S α OXD2=X1+ δ 1*C0S θ 0*C0S α 0+ δ 2*SIN θ 0*C0S α 0+ δ 3*C0S α 0+ δ 4*SIN α OYD2=Y1+ δ 1*C0S θ 0*SIN α 0+ δ 2*SIN θ 0*SIN α 0+ δ 3*SIN α O- δ 4*C0S α Oδ 1，δ 2为为管路装配エ艺控制给定常值δ 3为首段支座零组件沿其宽度方向侧边与其两定位销孔连心线垂直距离δ 4为首段支座零组件两定位销孔轴线沿其长度方向垂直距离的一半α O为管路零组件首段的轴线在XOY平面上投影线与X轴所成角度值，取鋭角。6).确定管路零组件的每ー个中间段与底板零组件上表面的俯仰角Θ 1，以及该直线段中间点的绝对高度值Zm，以确定中间段支块零组件的几何尺寸值。Hl=Zm- (O. 5* +Ψ ) /COS Θ Iβ 1= Θ IHl为中间段支块零组件特征高度值Zm为管路零组件的某一个中间段管路轴线中间点的绝对Z值D为管路零组件的中间段外径Ψ为管路零组件的各中间段需要控制的空间位置度公差，航空发动机管路加エ经验值β I中间段支块零组件俯仰角度值7).由管路零组件的中间段轴线的中间点Xm，Ym, Zm,投影到底板上表面，推算出中间段支块零组件两定位销孔的绝对X，Y，Z坐标值XD3，YD3，O和XD4，YD4，0，其中XD3=Xm+ ( λ 0-D/2- λ l*Tan Y ) SIN Y + λ 1/COS yYD3=Ym-( λ0-D/2-λ l*Tan y)*C0S yXD4=Xm+ ( λ 0+ λ 2-D/2+ λ l*Tan γ ) SIN γ - λ 1/COS yYD4=Ym-( λ 0+ λ 2-D/2+ λ l*Tan Y ) *C0S Yλ O为中间段支块零组件侧边沿其长度方向与其近侧定位销孔垂直距离D为管路零组件的中间段圆柱面外径λ I为中间段支块零组件的两定位销孔轴线，沿其宽度方向垂直距离的一半λ 2为中间段支块零组件的两定位销孔轴线，沿其长度方向垂直距离γ为管路零组件某一中间段轴线在XOY平面上的投影线，与X轴夹角，取鋭角依次将管路零组件的所有中间段都做完8).确定管路零组件的末段轴线与底板零组件上XOY平面的投影角Θ 2，管路零组件末段的端面圆心点的绝对高度值Z6，根据投影角Θ 2和绝对高度值Z6确定末段支座零组件的俯仰角β 2和高度值Η2，驱动末段支座零组件数模与管路零组件末段端面匹配；Η2=Ζ6+ δ I^SIN θ O — δ 2*C0S θ Oβ 2= θ 2Η2为管路末段支座零组件特征高度值Ζ6为管路零组件的末段端面圆心点距离XOY平面的高度值β 2为末段支座零组件俯仰角度值 δ 1，δ 2为为管路装配エ艺控制给定常值9).由管路零组件末段的轴线的起点Χ5、Υ5、Ζ5和终点坐标Χ6、Υ6、Ζ6，推算出末段支座零组件两定位销孔的绝对X，Y，Z坐标值XD5，YD5，O和XD6，YD6，0，其中XD5=X6+ δ 1*C0S Θ 0*C0S α 1+ δ 2*SIN θ 0*C0S α 1+ δ 3*C0S α I- δ 4*SIN α I
YD5=Y6+ δ 1*C0S θ 0*SIN α 1+ δ 2*SIN θ 0*SIN α 1+ δ 3*SIN α 1+ δ 4*C0S α IXD6=X6+ δ I^COS θ 0*C0S α 1+ δ 2*SIN θ 0*C0S α 1+ δ 3*C0S α 1+ δ 4*SIN α IYD6=Y6+ δ I^COS θ 0*SIN α 1+ δ 2*SIN θ 0*SIN α 1+ δ 3*SIN α I- δ 4*C0S α Iδ 1，δ 2为为管路装配エ艺控制给定常值δ 3为末段支座零组件沿其宽度方向侧边与其两定位销孔连心线垂直距离δ 4为末段支座零组件两定位销孔轴线沿其长度方向垂直距离的一半α I为管路零组件末段的轴线在XOY平面上投影线与X轴所成角度值，取鋭角。本发明具有的优点和有益效果本发明满足了航空发动机各类燃、滑油管路的装配检验夹具的设计要求，对几何形状复杂，制造公差要求严，各类管路部件的装配、型位检测エ装设计作出了突破性的的变革。提炼设计员平日传统设计管路装配检验焊接エ装的设计思路，精简并固化其有效设计流程，进行必要的数据分析，推演出各參变量关系，确立算法。建立管路装配检验エ装的參数化三维数字零组件模型，并建立与之关联的參数化管路装配检验エ装的总装数字模型。预留出与參数提取程序相匹配的接ロ。在三维建模软件下利用基于对应的二次语言开发的參数提取程序，利用循环自动访问三维建模软件最底层数据库，去识别导管数字产品模型的特征，自动提取相关几何參数，反馈回特征參量进而驱动管路装配检验エ装的零组件模型的几何特征尺寸，并自动更新管路装配检验エ装的总装模型的装配尺寸、装配关系，为此专门制定的管路エ装设计的敏捷计算机辅助设计方案，可对零件进行自动分析，能快速完成管路装配检验エ装数字建模过程。并通过对标准化、系列化企标エ装元件的组合装配技术的运用，大幅提高了エ装设计的标准化，极大的降低了管路部件的装配检验エ装制造成本，维修成本。通过本发明的实施，满足了发动机燃气机管路部件的装配检验エ装设计。通过自动分析、计算、校准一体化的技术手段来确保エ装系统的精度和稳定性。在设计过程中，通过精确的计算分析方法，来确定エ装方案的精度与误差的范围，并安排最佳的エ装布局，解放了设计人员的双手，降低了设计人员的劳动强度，极大減少了人工干预，设计质量大大提高。也为エ装的组装、零件的检测等任务提供快捷的技术帮助。本发明在航空发动机、燃汽轮机各种管路部件的装配检验エ装设计工作中得到广泛应用，很有推广价值。彻底改变该类エ装设计流程，实现航空发动机、燃汽轮机管路部件加工エ装的数字化、自动化设计。
图I是本发明的流程图；图2是本发明エ装总装模型I结构示意图；图3是本发明エ装底板零组件2与エ装总装模型I绝对坐标系关系示意图；图4是本发明在管路零组件7中选取两段沿Z轴方向高度差最小管路段在管路零组件7中形成R平面与エ艺球零组件6球心的关系示意图；图 5是本发明选取管路零组件7某ー个特定截面和特定段轴线分别エ艺球零组件6球心的关系不意图；图6是本发明利用管路零组件7首段数据，确定首段支座零组件3的几何尺寸示意图；图7本发明利用管路零组件7的首段数据，确定首段支座零组件3的空间位置关系的不意图；图8是本发明利用管路零组件7中间段数据，确定中间各支块零组件5的几何尺寸示意图；图9是本发明利用管路零组件7中间段数据，确定中间各支块零组件5的空间位置关系的示意图.
具体实施例方式I.在计算机三维设计软件中建立一个总装模型1，在总装模型I中建立一个管路エ装底板零组件2，保证底板零组件2的上表面的左下角交点与总装模型I的绝对原点重合，底板零组件2长度方向与总装模型I的绝对坐标系X轴重合，底板零组件2宽度方向与总装模型I的绝对坐标系Y轴重合，在底板零组件2上表面形成XOY平面，在底板零组件2上装配上首段支座零组件3、末段支座零组件4和中间段支块零组件5，保证首段支座零组件3、末段支座零组件4和中间段支块零组件5下表面与底板零组件2上表面贴合；2.在底板零组件2上表面栽放エ艺球零组件6，エ艺球零组件6球心距离绝对坐标系ZOY平面为整值Λ X，エ艺球零组件6球心距离绝对坐标系ZOX平面为整值Λ Y，并保证エ艺球零组件6球心距离绝对坐标系XOY平面为整值Λ Z03.将管路零组件7以绝对原点的方式装配到该总装模型I中；并在管路零组件7中选取两段沿Z轴方向高度差最小管路段在管路零组件7中形成ー个平面R，在总装模型I中约束该平面距离エ艺球零组件6球心为ー个整值Λ I，选取管路零组件7某ー个特定截面到エ艺球零组件6球心给定ー个整值Λ 2，并保证该段的轴线与エ艺球零组件6球心也是ー个整值Λ 3，且该段的轴线与X轴的夹角为ー个整值Φ ;4.确定管路零组件7的首段轴线与底板零组件2上XOY平面的投影角Θ 0，管路零组件7的首段端面圆心点的绝对高度值Ζ1，根据投影角Θ O和绝对高度值Ζ1，以确定首段支座零组件3的俯仰角β O和高度值HO，驱动首段支座零组件3数模与管路零组件7的首段端面匹配；HO=Zl+ δ 1*SIN θ O — δ 2*C0S θ Oβ 0= θ O
HO为首段支座零组件3特征高度值Zl为管路零组件7的首段端面圆心点距离XOY平面的高度值β O为首段支座零组件3俯仰角度值δ 1，δ 2为为管路装配エ艺控制给定常值当把HO，β O两个參数赋予參数化的首段支座零组件3，首段支座零组件3的关键控制特征将更新，其将与管路零组件7首段端面匹配，即首段支座零组件3完成了变形过程。5.由管路零组件7首段的轴线的起点XI、Yl、Zl和终点坐标Χ2、Υ2、Ζ2,推算出 首段支座零组件3两定位销孔1，2的绝对X，Y，Z坐标值XD1，YD1，O和XD2，YD2，0，其中XDl=Xl+ δ 1*C0S Θ 0*C0S α 0+ δ 2*SIN θ 0*C0S α 0+ δ 3*C0S α O- δ 4*SIN α OYDl=Yl+ δ I^COS θ 0*SIN α 0+ δ 2*SIN θ 0*SIN α 0+ δ 3*SIN α 0+ δ 4*C0S α OXD2=X1+ δ I^COS θ 0*C0S α 0+ δ 2*SIN θ 0*C0S α 0+ δ 3*C0S α 0+ δ 4*SIN α OYD2=Y1+ δ I^COS θ 0*SIN α 0+ δ 2*SIN θ 0*SIN α 0+ δ 3*SIN α O- δ 4*C0S α Oδ 1，δ 2为为管路装配エ艺控制给定常值δ 3为首段支座零组件3沿其宽度方向侧边与其两定位销孔连心线垂直距离δ 4为首段支座零组件3两定位销孔轴线沿其长度方向垂直距离的一半α O为管路零组件7首段的轴线在XOY平面上投影线与X轴所成角度值，取鋭角。把首段支座零组件3两定位销孔的绝对X，Y，Z坐标值XDl，YDl，O和XD2，YD2，O赋予首段支座零组件3两定位销孔与总装模型I中绝对坐标系之间建立的装配关系表达式，那么首段支座零组件3在总装模型I中就占据了的正确且唯一的空间位置。6..确定管路零组件7的每ー个中间段与底板零组件2上表面的俯仰角Θ1，以及该直线段中间点的绝对高度值Zm，以确定中间段支块零组件5的几何尺寸值。Hl=Zm- (O. 5* +Ψ ) /COS Θ Iβ 1= Θ IHl为中间段支块零组件5特征高度值Zm为管路零组件7的某一个中间段管路轴线中间点的绝对Z值D为管路零组件7的中间段外径Ψ为管路零组件7的各中间段需要控制的空间位置度公差，航空发动机管路加工经验值β I中间段支块零组件5俯仰角度值当把Η1，β I两个參数赋予參数化的中间段支块零组件5，中间段支块零组件5的关键控制特征将更新，中间段支块零组件5将与对应的管路零组件7的某一段中间管路特征相匹配，即中间段支块零组件5完成了变形过程。7.确定管路中间段支块零组件5在总装模型I中的装配位置。由管路零组件7中间段轴线的中间点Xm，Ym, Zm,投影到底板零组件2上表面，推算出中间段支块零组件5两定位销孔的绝对X，Y，Z坐标值XD3，YD3，O和XD4，YD4，0，其中 XD3=Xm+ ( λ 0-D/2- λ l*Tan γ ) SIN γ + λ 1/COS yYD3=Ym-( λ0-D/2-λ l*Tan y)*C0S yXD4=Xm+ ( λ 0+ λ 2-D/2+ λ l*Tan γ ) SIN γ - λ 1/COS Y
YD4=Ym-( λ 0+ λ 2-D/2+ λ l*Tan Y )*C0S Yλ O为中间段支块零组件5侧边沿支块零组件长度方向与其近侧定位销孔垂直距离D为管路零组件7中间段直径λ I为中间段支块零组件5的两定位销孔轴线，沿其宽度方向垂直距离的一半λ 2为中间段支块零组件5的两定位销孔轴线，沿其长度方向垂直距离γ为管路零组件7某一中间段轴线在XOY平面上的投影线，与X轴夹角，取鋭角把中间段支块零组件5两定位销孔的绝对X，Y，Z坐标值XD3，YD3，O和XD4，YD4， O赋予中间段支块零组件5两定位销孔与总装模型I中绝对坐标系之间建立的装配关系表达式，那么中间段支块零组件5在总装模型I中就占据了的正确且唯一的空间位置。如果管路零组件7中间段不止一段，则重复第6步，第7步，直到依次将中间所有段都做完8.确定管路末段支座零组件4的几何尺寸。确定管路零组件7末段轴线与底板零组件2上XOY平面的投影角Θ 2，管路零组件7末段端面圆心点的绝对高度值Ζ6，根据投影角Θ 2和绝对高度值Ζ6确定末段支座零组件4的俯仰角和高度值，驱动末段支座零组件4数模与管路零组件7末段端面匹配。其几何尺寸推导关系图与首段支座零组件3几何尺寸推导关系图相似；Η2=Ζ6+ δ 3*SIN θ 2 — δ 4*C0S θ 2β 2= θ 2Η2为末段支座零组件4特征高度值Ζ6为管路零组件7末段端面圆心点的绝对Z值β 2末段支座零组件4俯仰角度值δ 3, δ 4为エ艺控制给定常值当把Η2，β 2两个參数赋予參数化的末段支座零组件4，其关键控制特征将更新，末段支座零组件4将与管路零组件7末段端面匹配，即末段支座零组件4完成了变形过程。9.确定管路末段支座零组件4在总装模型3中的装配位置。由管路零组件7末段轴线的起点Χ5、Υ5、Ζ5和终点坐标Χ6、Υ6、Ζ6，推算出末段支座零组件4两定位销孔的绝对 X，Y, Z 坐标值 XD5, YD5，O 和 XD6，YD6，0，其中其空间位置推导关系图与首段支座零组件3空间位置推导关系图相似；XD5=X6+ δ 1*C0S Θ 0*C0S α 1+ δ 2*SIN θ 0*C0S α 1+ δ 3*C0S α I- δ 4*SIN α IYD5=Y6+ δ 1*C0S θ 0*SIN α 1+ δ 2*SIN θ 0*SIN α 1+ δ 3*SIN α 1+ δ 4*C0S α IXD6=X6+ δ I^COS θ 0*C0S α 1+ δ 2*SIN θ 0*C0S α 1+ δ 3*C0S α 1+ δ 4*SIN α IYD6=Y6+ δ 1*C0S θ 0*SIN α 1+ δ 2*SIN θ 0*SIN α 1+ δ 3*SIN α I- δ 4*C0S α Iδ 1，δ 2为为管路装配エ艺控制给定常值δ 3为末段支座零组件4沿其宽度方向侧边与其两定位销孔连心线垂直距离δ 4为末段支座零组件4的两定位销孔轴线沿其长度方向垂直距离的一半α I为管路零组件7末段轴线在XOY平面上投影线与X轴所成角度值，取鋭角。 把末段支座零组件4两定位销孔的绝对X，Y，Z坐标值XD5，YD5，O和XD6，YD6，O赋予其两定位销孔与总装模型I中绝对坐标系之间建立的装配关系表达式，那么末段支座零组件4在总装模型I中就占据了的正确且唯一的空间位置。10.在底板零组件2中，按已经计算出各个支座零组件、支块零组件的空间位置做出映射到底板零组件2上表面的定位销销孔，并配作紧固螺钉螺纹孔。11.在按各个定位销销孔和紧固螺钉螺纹孔的对应空间位置，将合乎规格的国标定位销零组件8和国标螺钉零组件9分别装配到总装模型 I中。
权利要求
1.一种基于计算机辅助设计的管路装配检验工装设计方法，其特征是， I)在计算机三维设计软件中建立一个总装模型(I )，在总装模型(I)中建立一个管路工装底板零组件(2)，保证底板零组件(2)的上表面的左下角交点与总装模型(I)的绝对原点重合，底板零组件(2)长度方向与总装模型(I)的绝对坐标系X轴重合，底板零组件(2)宽度方向与总装模型(I)的绝对坐标系Y轴重合，在底板零组件(2)上表面形成XOY平面，在底板零组件(2 )上装配上首段支座零组件(3 )、末段支座零组件(4 )和中间段支块零组件(5),保证首段支座零组件(3)、末段支座零组件(4)和中间段支块零组件(5)下表面与底板零组件(2)上表面贴合； 2)在底板零组件(2 )上表面栽放工艺球零组件(6 )，工艺球零组件(6 )球心距离绝对坐标系ZOY平面为整值A X，工艺球零组件(6)球心距离绝对坐标系ZOX平面为整值A Y，并保证工艺球零组件(6)球心距离绝对坐标系XOY平面为整值A Z ； 3)将管路零组件(7)以绝对原点的方式装配到该总装模型(I)中；并在管路零组件(7)中选取两段沿Z轴方向高度差最小管路段在管路零组件(7)中形成一个平面R，在总装模型(I)中约束该平面距离工艺球零组件(6)球心为一个整值A 1，选取管路零组件(7)某一个特定截面到工艺球零组件(6)球心给定一个整值A 2，并保证该段的轴线与工艺球零组件(6)球心也是一个整值A3，且该段的轴线与X轴的夹角为一个整值O ; 4)确定管路零组件(7)的首段轴线与底板零组件(2)上XOY平面的投影角00，管路零组件(7)的首段端面圆心点的绝对高度值Z1，根据投影角0 0和绝对高度值Z1，以确定首段支座零组件(3)的俯仰角3 0和高度值HO，驱动首段支座零组件(3)数模与管路零组件(7)的首段端面匹配；
全文摘要
本发明属于数字化设计领域，涉及一种航空发动机、燃汽轮机中的管路部件加工用的基于计算机辅助设计的管路装配检验工装设计方法。本发明建立管路装配检验工装的参数化三维数字零组件模型，并建立与之关联的参数化管路装配检验工装的总装数字模型。预留出与参数提取程序相匹配的接口。在三维建模软件下利用基于对应的二次语言开发的参数提取程序，利用循环自动访问三维建模软件最底层数据库，去识别导管数字产品模型的特征，自动提取相关几何参数，反馈回特征参量进而驱动管路装配检验工装的零组件模型的几何特征尺寸，并自动更新管路装配检验工装的总装模型的装配尺寸、装配关系，可对零件进行自动分析，能快速完成管路装配检验工装数字建模过程。
文档编号G06F17/50GK102855362SQ201210342010
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者陈琦, 王素娟, 张春峰, 秦瑾琦, 王荣, 杨柳川, 郭雪梅, 杨琼 申请人:西安航空动力股份有限公司