CN113182764B - 一种基于catia面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，基于CATIA软件建立定位器模型、法兰盘模型、导管模型，并通过定位器模型对法兰盘模型进行初定位，对法兰盘模型和导管模型进行初装配，并在CATIA中建立定位销位置草图解算模型，通过将轴线夹角、导管模型的导管外径、定位销半径等解算参数输入定位销位置草图解算模型，进而高效精确地结算出对法兰盘模型与导管模型进行定位用的定位销所设置的定位销位置草图；本发明对定位销位置的确定进行了标准化和参数化，进而使得后续法兰盘定位器设计效率大大提高、定位精度更加准确，有效缩短夹具设计和制造周期，为飞机导管零件制造的低成本和短周期提供有力支撑。

Description

一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法

技术领域

本发明属于法兰盘焊接定位的技术领域，具体涉及一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法。

背景技术

目前，飞机的液压、气动导管加工大都是通过焊接夹具来实现导管与导管、导管与接头的焊接制造。在导管焊接夹具的设计中，对于法兰盘类接头常规的定位方法是“一面两销”，即用定位器端面和两个定位插销定位法兰盘的位置。但对于非对称法兰盘接头，虽然其外轮廓呈中心对称，但外轮廓轴线与内孔轴线成一定角度，使用传统的一面两销的定位方法仅能定位法兰盘的一端，但由于法兰盘与导管焊接的另一端存在端面轴线与法兰中心孔轴线成角度的情况，因此实际在法兰盘的另一端焊接导管时会出现即使法兰盘在不正确的位置定位后仍能实现与导管的焊接的情况，但实际上法兰盘与导管的相对位置不正确，使焊接后法兰盘内孔与导管内孔不同轴造成零件报废，严重影响飞机的制造成本与周期。因此，现在急需一种能够参数化快速对法兰盘进行定位的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，基于三维设计软件对法兰盘进行参数化精确快速定位。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，在CATIA中分别建立定位器模型、法兰盘模型、导管模型，包括以下步骤：

步骤1、将定位器模型的定位端面与法兰盘模型的一端端面进行装配，并通过定位器模型按照一面两销的方式对法兰盘模型进行初定位；

步骤2、将导管模型与法兰盘模型的另一端的内孔进行装配，并测量得到法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线；

步骤3、确定法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线之间的轴线夹角、导管模型的导管外径、定位销半径；

步骤4、在CATIA中建立定位销位置草图解算模型，通过在定位销位置草图解算模型中输入轴线夹角、导管外径、定位销半径直接在定位器模型的定位端面上生成定位销位置草图，并在定位销位置草图处添加导管定位销。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤4中生成定位销位置草图具体包括以下步骤：

步骤A1、在定位器模型的定位端面上建立法兰盘坐标系O-XYZ，其中Z轴为法兰盘模型外轮廓轴线，原点O为法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线的交点；

步骤A2、在定位器模型的定位端面上建立导管坐标系O’-X’Y’Z’，其中Z’轴为导管轴线，X’轴与法兰盘坐标系中的X轴重合，原点O’与法兰盘坐标系中的原点O重合；

步骤A3、将轴线夹角、导管外径、定位销半径输入解算模型

计算得到定位销位置草图圆心坐标(0，y)；

其中：y为定位销位置草图圆心的纵坐标值；R为导管外径；θ为轴线夹角；r为定位销半径；

步骤A4、根据定位销位置草图圆心坐标(0，y)以及定位销半径r在定位器模型的定位端面上建立定位销位置草图。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤4中建立定位销位置草图解算模型包括以下步骤：

步骤B1、建立基础图形集，并在基础图形集中输入法兰盘模型外轮廓轴线、导管模型轴线，并根据法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线解算得到两轴平面与法兰盘坐标系原点，所述两轴平面为法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线确定的唯一平面，法兰盘坐标系原点为法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线的交点；

步骤B2、建立坐标系集，并根据步骤B1中得到的两轴平面、法兰盘坐标系原点、法兰盘模型外轮廓轴线在坐标系集中建立法兰盘坐标系；

步骤B3、建立解算参数集，并在解算参数集中输入法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线之间的轴线夹角、导管外径、定位销半径作为解算参数；

步骤B4、建立解算集，在解算集中输入解算模型，然后将解算参数输入解算模型解算得到定位销位置草图。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1、在导管坐标系O’-X’Y’Z’中建立导管模型的第一外曲面方程；

步骤3.2、根据导管坐标系O’-X’Y’Z’与法兰盘坐标系O-XYZ之间的坐标转换关系，将第一外曲面方程转换至法兰盘坐标系O-XYZ中的第二外曲面方程；

步骤3.3、将第二外曲面方程投影至定位器模型的定位端面得到内孔轮廓曲面方程，通过内孔轮廓曲面方程计算得到导管外径。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述导管坐标系O’-X’Y’Z’与法兰盘坐标系O-XYZ之间的坐标转换关系为：

其中：(x，y，z)为法兰盘坐标系O-XYZ中的坐标值；(x’，y’，z’)为导管坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标值；θ为轴线夹角。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述第一外曲面方程为x^’2+y^’2＝R²；第二外曲面方程为x²+(ycosθ-zsinθ)²＝R²；其中(x’，y’)为导管坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标值；(x，y)为法兰盘坐标系O-XYZ中的坐标值；θ为轴线夹角；R为导管外径。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述内孔轮廓曲面方程为x²+(ycosθ)²＝R²；其中(x，y)为法兰盘坐标系O-XYZ中的坐标值；θ为轴线夹角；R为导管外径。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤1中通过定位器模型按照一面两销的方式对法兰盘模型进行初定位包括以下步骤：

步骤D1、将定位器模型的定位端面与法兰盘模型的一端端面贴合，对法兰盘模型进行轴向移动限位与周向转动限位；

步骤D2、在定位器模型的定位端面上对应法兰盘模型外圆上关于法兰盘模型的圆心对称的两个法兰孔建立定位孔，并在定位孔与对应的法兰孔中插入锁定销，对法兰盘模型进行轴向旋转与周向移动限位；

步骤D3、在定位器模型的定位端面上建立两个关于定位端面的圆心对称的压板，通过压板将法兰盘模型压紧限位。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘进行定位，通过解算法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线之间夹角，进而得到使得法兰盘模型与导管模型同轴所需的位置调节参数，并在CATIA中建立定位销位置草图解算模型，通过输入轴线位置、导管半径、定位销半径、两轴夹角即可参数化精确解算出定位销位置草图，进而通过定位销位置草图精确高效地确定定位销的设置位置，进而通过定位销有效保证法兰盘与导管之间的定位精度，保证法兰盘与导管焊接后保持轴线同轴；

(2)本发明基于CATIA中建立的定位销位置草图解算模型对定位销位置的确定进行了知识化、规范化、标准化和参数化，进而使得后续法兰盘定位器设计效率大大提高、定位精度更加准确，有效缩短夹具设计和制造周期，为飞机导管零件制造的低成本和短周期提供有力支撑。

附图说明

图1为本发明的流程步骤示意图；

图2为本发明的模型结构示意图；

图3为导管模型与法兰盘模型的拼接示意图。

其中：1-定位器模型；2-法兰盘模型；3-导管模型；4-法兰盘模型外轮廓轴线；5-导管模型轴线；6-定位销位置草图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，如图1-图3所示，在CATIA中分别建立定位器模型1、法兰盘模型2、导管模型3，包括以下步骤：

步骤1、将定位器模型1的定位端面与法兰盘模型2的一端端面进行装配，并通过定位器模型1按照一面两销的方式对法兰盘模型2进行初定位；

步骤2、将导管模型3与法兰盘模型2的另一端的内孔进行装配，并测量得到法兰盘模型外轮廓轴线4与导管模型轴线5；

步骤3、确定法兰盘模型外轮廓轴线4与导管模型轴线5之间的轴线夹角、导管模型3的导管外径、定位销半径；

步骤4、在CATIA中建立定位销位置草图解算模型，通过在定位销位置草图解算模型中输入轴线夹角、导管外径、定位销半径直接在定位器模型1的定位端面上生成定位销位置草图6，并在定位销位置草图6处添加导管定位销。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，生成定位销位置草图6具体包括以下步骤：

步骤A1、在定位器模型1的定位端面上建立法兰盘坐标系O-XYZ，其中Z轴为法兰盘模型外轮廓轴线4，原点O为法兰盘模型外轮廓轴线4与导管模型轴线5的交点；

步骤A2、在定位器模型1的定位端面上建立导管坐标系O’-X’Y’Z’，其中Z’轴为导管轴线，X’轴与法兰盘坐标系中的X轴重合，原点O’与法兰盘坐标系中的原点O重合；

步骤A3、将轴线夹角、导管外径、定位销半径输入解算模型

计算得到定位销位置草图6圆心坐标(0，y)；

其中：y为定位销位置草图圆心的纵坐标值；R为导管外径；θ为轴线夹角；r为定位销半径；

步骤A4、根据定位销位置草图圆心坐标(0，y)以及定位销半径r在定位器模型1的定位端面上建立定位销位置草图6。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，所述步骤4中建立定位销位置草图解算模型包括以下步骤：

步骤B1、建立基础图形集，并在基础图形集中输入法兰盘模型外轮廓轴线4、导管模型轴线5，并根据法兰盘模型外轮廓轴线4与导管模型轴线5解算得到两轴平面与法兰盘坐标系原点，所述两轴平面为法兰盘模型外轮廓轴线4与导管模型轴线5确定的唯一平面，法兰盘坐标系原点为法兰盘模型外轮廓轴线4与导管模型轴线5的交点；

步骤B2、建立坐标系集，并根据步骤B1中得到的两轴平面、法兰盘坐标系原点、法兰盘模型外轮廓轴线4在坐标系集中建立法兰盘坐标系；

步骤B3、建立解算参数集，并在解算参数集中输入法兰盘模型外轮廓轴线4与导管模型轴线5之间的轴线夹角、导管外径、定位销半径作为解算参数；当轴线夹角、导管外径、定位销半径等解算参数发生变化时，即可直接在解算参数集进行参数更新。

步骤B4、建立解算集，在解算集中输入解算模型，然后将解算参数输入解算模型解算得到定位销位置草图6。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，所述步骤3包括以下步骤：

步骤C1、在导管坐标系O’-X’Y’Z’中建立导管模型3的第一外曲面方程：x^’2+y^’2＝R²；

其中：(x’，y’)为导管坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标值；R为导管外径。

步骤C2、根据导管坐标系O’-X’Y’Z’与法兰盘坐标系O-XYZ之间的坐标转换关系，将第一外曲面方程转换成法兰盘坐标系O-XYZ中的第二外曲面方程；

因为导管坐标系O’-X’Y’Z’的原点O’与法兰盘坐标系O-XYZ的原点O重合，且导管坐标系O’-X’Y’Z’的X’轴与法兰盘坐标系O-XYZ的X轴重合，因此法兰盘坐标系O-XYZ可以看做是导管坐标系O’-X’Y’Z’绕着Z’旋转一定角度得到，旋转角度即为法兰盘模型外轮廓轴线4与导管模型轴线5之间的夹角，进而得到导管坐标系O’-X’Y’Z’与法兰盘坐标系O-XYZ之间的坐标转换关系如下：

其中：(x，y，z)为法兰盘坐标系O-XYZ中的坐标值；(x’，y’，z’)为导管坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标值；θ为轴线夹角。

通过上述坐标转换关系即可将第一外曲面方程转换至法兰盘坐标系O-XYZ中的第二外曲面方程，第二外曲面方程如下：

x²+(ycosθ-zsinθ)²＝R²；

其中：(x，y)为法兰盘坐标系O-XYZ中的坐标值；θ为轴线夹角；R为导管外径。

步骤C3、将第二外曲面方程投影至定位器模型1的定位端面，投影方程如下：

进而得到内孔轮廓曲面方程为：

x²+(ycosθ)²＝R²；

通过上述内孔轮廓曲面方程计算得到导管外径，由上述内孔轮廓曲面方程可知，内孔轮廓曲面方程表示的形状为定位器模型1的定位端面上的椭圆。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，所述步骤1中通过定位器模型1按照一面两销的方式对法兰盘模型2进行初定位包括以下步骤：

步骤D1、将定位器模型1的定位端面与法兰盘模型2的一端端面贴合，对法兰盘模型2进行轴向移动限位与周向转动限位；

步骤D2、在定位器模型1的定位端面上对应法兰盘模型2外圆上关于法兰盘模型2的圆心对称的两个法兰孔建立定位孔，并在定位孔与对应的法兰孔中插入锁定销，对法兰盘模型2进行轴向旋转与周向移动限位；

步骤D3、在定位器模型1的定位端面上建立两个关于定位端面的圆心对称的压板，通过压板将法兰盘模型2压紧限位

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，在CATIA中分别建立定位器模型、法兰盘模型、导管模型，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将定位器模型的定位端面与法兰盘模型的一端端面进行装配，并通过定位器模型按照一面两销的方式对法兰盘模型进行初定位；

步骤2、将导管模型与法兰盘模型的另一端的内孔进行装配，并测量得到法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线；

步骤3、确定法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线之间的轴线夹角、导管模型的导管外径、定位销半径；

步骤4、在CATIA中建立定位销位置草图解算模型，通过在定位销位置草图解算模型中输入轴线夹角、导管外径、定位销半径直接在定位器模型的定位端面上生成定位销位置草图，并在定位销位置草图处添加导管定位销；

所述步骤4中生成定位销位置草图具体包括以下步骤：

步骤A1、在定位器模型的定位端面上建立法兰盘坐标系O-XYZ，其中Z轴为法兰盘模型外轮廓轴线，原点O为法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线的交点；

步骤A2、在定位器模型的定位端面上建立导管坐标系O’-X’Y’Z’，其中Z’轴为导管轴线，X’轴与法兰盘坐标系中的X轴重合，原点O’与法兰盘坐标系中的原点O重合；

步骤A3、将轴线夹角、导管外径、定位销半径输入解算模型

计算得到定位销位置草图圆心坐标(0，y)；

其中：y为定位销位置草图圆心纵坐标值；R为导管外径；θ为轴线夹角；r为定位销半径；

步骤A4、根据定位销位置草图圆心坐标(0，y)以及定位销半径r建立定位销位置草图。

2.根据权利要求1所述的一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，其特征在于，所述步骤4中建立定位销位置草图解算模型包括以下步骤：

步骤B1、建立基础图形集，并在基础图形集中输入法兰盘模型外轮廓轴线、导管模型轴线，并根据法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线解算得到两轴平面与法兰盘坐标系原点，所述两轴平面为法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线确定的唯一平面，所述法兰盘坐标系原点为法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线的交点；

步骤B2、建立坐标系集，并根据步骤B1中得到的两轴平面、法兰盘坐标系原点、法兰盘模型外轮廓轴线在坐标系集中建立法兰盘坐标系；

步骤B3、建立解算参数集，并在解算参数集中输入法兰盘模型外轮廓轴线与导管模型轴线之间的轴线夹角、导管外径、定位销半径作为解算参数；

步骤B4、建立解算集，在解算集中输入解算模型，然后将解算参数输入解算模型解算得到定位销位置草图。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：

步骤C1、在导管坐标系O’-X’Y’Z’中建立导管模型的第一外曲面方程；

步骤C2、根据导管坐标系O’-X’Y’Z’与法兰盘坐标系O-XYZ之间的坐标转换关系，将第一外曲面方程转换成法兰盘坐标系O-XYZ中的第二外曲面方程；

步骤C3、将第二外曲面方程投影至定位器模型的定位端面得到内孔轮廓曲面方程，通过内孔轮廓曲面方程计算得到导管外径。

4.根据权利要求3所述的一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，其特征在于，所述导管坐标系O’-X’Y’Z’与法兰盘坐标系O-XYZ之间的坐标转换关系为：

其中：(x，y，z)为法兰盘坐标系O-XYZ中的坐标值；(x’，y’，z’)为导管坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标值；θ为轴线夹角。

5.根据权利要求4所述的一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，其特征在于，所述第一外曲面方程为x’²+y’²＝R²；第二外曲面方程为x²+(ycosθ-zsinθ)²＝R²；其中(x’，y’)为导管坐标系O’-X’Y’Z’中的坐标值；(x，y)为法兰盘坐标系O-XYZ中的坐标值；θ为轴线夹角；R为导管外径。

6.根据权利要求5所述的一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，其特征在于，所述内孔轮廓曲面方程为x²+(ycosθ)²＝R²；其中(x，y)为法兰盘坐标系O-XYZ中的坐标值；θ为轴线夹角；R为导管外径。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于CATIA面向导管焊接夹具的法兰盘定位方法，其特征在于，所述步骤1中通过定位器模型按照一面两销的方式对法兰盘模型进行初定位包括以下步骤：

步骤D1、将定位器模型的定位端面与法兰盘模型的一端端面贴合，对法兰盘模型进行轴向移动限位与周向转动限位；

步骤D2、在定位器模型的定位端面上对应法兰盘模型外圆上关于法兰盘模型的圆心对称的两个法兰孔建立定位孔，并在定位孔与对应的法兰孔中插入锁定销，对法兰盘模型进行轴向旋转与周向移动限位；

步骤D3、在定位器模型的定位端面上建立两个关于定位端面的圆心对称的压板，通过压板将法兰盘模型压紧限位。

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