模型飞机设计及其数控加工

模型飞机设计及其数控加工CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY毕业设计（论文）题目：模型飞机设计及其数控加工学生姓名：学号：班级:专业：指导教师：2012年3月模型飞机设计及其数控加工题目模型飞机设计及其数控加工学生姓名：学号：班级：所在院(系):指导教师：完成日期:模型飞机设计及其数控加工模型飞机设计及其数控加工摘要飞机外形设计是飞机设计过程中不可缺少部分，在提高飞机速度方面起着不可替代的作用，随着空气动力学的发展和各种高端技术的介入，飞机的外形逐渐向流线型和多层机翼等方向演变，大大降低了空气阻力、加大了推力及升力，并提高了飞机的灵活度，数控技术在飞机加工制造方面的应用和发展，使得飞机制造走向高精度化、高效率化和自动化。本课题通过Pro/E的三维建模和曲面造型等方法设计飞机外形，使得飞机外形设计面向可视化，然后通过Pro/E的NC模块，自动生成NC序列后转化成数控加工G代码，再经过后续处理便可模拟机床加工，实现在虚拟的环境中进行飞机外形的设计和加工。关键词：飞机外形；三维建模；曲面造型；数控加工；NC序列模型飞机设计及其数控加工目录1.绪论.........................................................11.1设计、研究的背景及目的..................................11.1.1设计及研究的背景..................................11.1.2设计及研究的目的..................................11.2国内外研究状况和发展趋势................................21.2.1飞机外形设计发展趋势..............................21.2.2国内外数控技术发展趋势............................31.3设计、研究采用的方法....................................41.4设计的重点与难点........................................41.4.1设计的重点........................................51.4.2设计的难点........................................52.Pro/E与模型飞机外形设计.....................................62.1Pro/E软件概述与特点....................................62.1.1Pro/E软件的概述..................................62.1.2Pre/E软件的特点..................................62.2模型飞机整体设计思路....................................72.3模型飞机机身设计........................................92.3.1新建零件文件......................................92.3.2建立草绘..........................................92.3.3创建曲面组.......................................102.3.4镜像操作.........................................132.3.5合并与实体化操作.................................132.3.6创建旋转特征.....................................142.3.7创建拉伸特征.....................................152.3.8创建机尾的边界混合特征...........................182.3.9驾驶舱及其它部位设计.............................19模型飞机设计及其数控加工2.4模型飞机机翼设计.......................................212.4.1新建零件文件.....................................212.4.2草绘.............................................212.4.3创建拉伸特征1...................................212.4.4创建边界混合特征.................................222.4.5创建拉伸特征2...................................242.4.6鸭翼与尾翼的创建.................................242.5模型飞机各组件的组装...................................253.模型飞机数控编程及模拟加工..................................273.1数控加工的原理及特点...................................273.1.1数控加工的原理...................................273.1.2数控加工的特点...................................273.2基于Pro/E的NC加工操作流程和模拟仿真..................283.2.1创建工艺文件.....................................293.2.2制造设置.........................................303.2.3模型飞机毛胚的粗加工.............................323.2.4模型飞机毛胚的精加工.............................343.2.5后置处理与NC序列的生成..........................383.2.4仿真加工.........................................464.结论........................................................48参考文献.......................................................49模型飞机设计及其数控加工第1页/共55页1.绪论1.1设计、研究的背景及目的1.1.1设计及研究的背景随着社会的发展和人类科技文明的进步，飞机已越来越成为人们生活中不可或缺的一部分，不论是在航空运输还是用于军事战争，航空领域已越来越受到人们的重视，因此，飞机的研究和设计应运而生，并迅速发展，成为继汽车、航海后的又一重要领域。其中，飞机外形的设计不仅影响飞机整体的审美观，更对飞机的高速性、灵敏性起着至关重要的作用。近年来，随着数控行业的不断兴起和发展，数控技术的不断完善，其高效性、高精度性和高自动化性，吸引越来越多的飞机制造企业走进数控加工时代。同时，飞机业的发展也推动了数控技术的前进，从以前的3轴数控加工到现在的5轴联动数控技术，实现了数控技术向通用性、柔性、适用性、可扩展性发展，并可以轻易的实现智能化和网络化。目前,数控加工技术已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点:一是可以极大地提高精度,包括加工质量精度及加工时间误差精度;二是加工质量的重复性,可以稳定加工质量,保持加工零件质量的一致。数控加工具有如下优点:提高生产效率;不需熟练的机床操作人员;提高加工精度并且保持加工质量;可以减少工装卡具;可以减少各工序间的周转,原来需要用多道工序完成的工件,用数控加工可以一次装卡完成,缩短加工周期,提高生产效率;容易进行加工过程管理;可以减少检查工作量;可以降低废、次品率;便于设计变更,加工设定柔性;容易实现操作过程的自动化,一个人可以操作多台机床;操作容易,极大减轻体力劳动强度。1.1.2设计及研究的目的(1).通过三维绘图软件进行模型飞机的设计和优化，并模拟其数控加工；(2).通过此次设计，使自己掌握飞机外形设计和数控加工的相关知识，并提高自己分析和解决问题的能力；(3).熟悉数控加工技术在模型飞机方面的应用；模型飞机设计及其数控加工第2页/共55页(4).熟悉Pro/Engineer数控加工，设计零件模型，绘制零件三维图和工程图，进行零件数控加工工艺分析。1.2国内外研究状况和发展趋势随着计算机技术的不断发展,使得飞机外形设计处于不断变革之中,传统技术不断精化,新材料、新结构加工、成形技术不断创新,集成的整体结构和数字化制造技术构筑了新一代飞机外形设计的主体框架。目前的飞机制造业的数控技术应用水平高,不仅数控设备利用率高,而且加工效率极高,加工周期短,劳动生产率也不断提高。飞机制造业中数控技术发展现状和应用水平主要体现在:广泛采用CAD/CAM系统和DNC技术,达到数控加工高效率,建立了柔性生产线和发展了高速切削加工技术。1.2.1飞机外形设计发展趋势近年来，飞机的发展方向进入了超音速时代，飞机速度的提高，除了归功于喷气式发动机技术的进展外，更重要的应归功于超音速空气动力学的突破，飞机外形随着空气动力学的发展而不断变化，由于飞机是在大气层内飞行，主要依靠空气产生的升力来平衡飞机的自身重力、利用各种气动力来操纵飞机的飞行，因此空气动力学的发展对飞机的诞生和飞机外形的演变起着决定性的作用。首先是机翼外形，在以前低速飞机的时代，机翼外形一般为矩形的直机翼，而现代超音速飞机的机翼除了采用薄翼外，还采用向后斜的后掠机翼，以减少阻力，可直接使飞机速度提得更高，后来由后掠机翼演变而来的三角机翼已在战斗机中广泛采用。其次在机身外形方面也有很大变化，典型的超音速飞机机身是“蜂腰”行的，这种机身外形可以大大减小阻力，尖的机头、蜂腰机身和三角机翼已成为飞机发展的典型布局。空气动力学业越来越着眼于飞机机体的设计方面，提高飞机的巡航组比，最有潜力的是机翼翼面流动的层流化，如能将飞机上翼保持全弦长层流，则可提高巡航组比10%.20%。要得到实用的层流机翼的设计方法，须弄清楚附面层转动的机理，以便建立模型，用CFD（计算流体力学）方法进行精确的实验验证，对于机身等不易获得层流的气动部件，要研究实用的紊流减阻措施，因此随着空气动力学的发展，飞机机翼的发展经过了直机翼、后掠翼与变后掠翼，S形机翼模型飞机设计及其数控加工第3页/共55页与边条翼，正常式布局与鸭式布局，单垂尾与外倾双垂尾的发展变化。随着现代计算机技术的不断发展完善，计算机辅助设计（CAD）技术、CAE技术以及可用于飞机外形设计和结构布局研究计算的流体力学（CFD）、CFX设计技术使飞机外形和结构设计手段更加先进、完善。目前，通过高性能计算机可以完成飞机结构和外形设计、强度计算和性能分析一体化设计，通过计算机网络技术能够实现结构设计、计算、生产工艺控制和产品加工一体化。1.2.2国内外数控技术发展趋势1949年美国的Parson公司和美国麻省理工学院合作，用时三年研制出能进行三轴控制的数控加工铣床样机，取名为“NumericalControl”。1953年美国麻省理工学院研发出了只要确定零件轮廓，并指定切削路线，便可生成NC程序的自动编程语言。1959年美国的Keaney&Trecker公司开发了能进行自动换刀的刀库，一次装夹中就能进行钻、铣、镗、攻丝等多种功能集于一身的数控机床，这就是加工中心。1968年英国首次将无人化搬运小车、自动仓