数字化传递技术课件

数字化传递技术光学定位点在工装中的应用数字化传递技术光学定位点在工装中的应用1从工程数模到工装制造的数字化传递从工程数模到工装制造的数字化传递过程是按工程数模进行工装数模的设计，在工装数模的设计中，对所有的需要安装的定位件上，应设置光学定位点（OpticalToolingPoints简称OPT），也就是通常说的工具球，每个OPT均包括含X、Y、Z三个方向的坐标值，工装制造部门利用计算机辅助经纬仪（ComputerAidedTheodolite简称CAT）及激光跟踪仪（LaserTracker简称LT）通过测量OPT的坐标值来确定装配工装的定位特性，达到制造、安装、检验装配工装的目的。工装的坐标系（系统光学定位点）2.1绝对坐标系绝对坐标系是在工装上建立一个与飞机坐标系相同的坐标系。其优点是出现协调问题时，易于查找问题出现的原因。但有时会出现大部分工装零件与绝对坐标产生较大的夹角，使安装公差降低。为达到工装的使用要求，设计工装时，提高产生较大夹角的工装零件的安装的精度，由于安装精度的提高，制造安装的难度也相应增大。从工程数模到工装制造的数字化传递22.2相对坐标系相对坐标系是在工装上建立本工装坐标系。其优点是工装中的大部分零件坐标与工装坐标一致，减少误差环节，装配精度高。但出现协调问题难以找出问题的所在及解决方法，因此一般装配工装中，一般不使用这种方法，但装配工装如果没有协调关系的可使用此方法，零件工装也可使用此方法。光学定位点(OPT)在工装中的作用及特征3.1用于建立工装的坐标系的（基准光学定位点）用数字化传递设计的工装，应首先在工装上建立坐标系，如何建立工装上的坐标系呢？在工装的最大的基准平面上安装不得少于三个工具球，这些工具球是工装上的基准工具球（如图3-1所示）。用激光安装仪测量这些基准工具球，并在激光安装仪的计算机中给出工装坐标系与测量值的关系，计算机自动计算并建立工装坐标系,将此坐标系保存到计算机系统中。

2.2相对坐标系3图3-1工装的坐标系3.2用来确立工装零件的空间位置及工装零件的相互关系物体在三维空间内有六种可能的运动，也就是工程中说的六个自由度，这六个自由度可以分为两类：位移和旋转。位移有三种，垂直位移（沿Z轴方向位移）、横向位移（沿X轴方向位移）、轴向位移（沿Y轴向方位移）。旋转有三种，垂直旋转（绕Z轴方向旋转）、横向旋转（绕X轴方向旋转）、轴向旋转（绕Y轴方向旋转）。如将这六个自由度加以控制，那么物体在三维空间中的位置，就相对固定。工装上每个零件都要有三个或三个以上光学定位点(如图3-2所示)进行控制工件的六个自由度，以确定工件在工装中的空间位置。图3-1工装的坐标系3.2用来确立工装零件的空4图3-2工具球的设置3.3光学定位点(OPT)的使用提高了工装的制造精度图3-2工具球的设置3.3光学定位点(OPT)的53.4光学定位点(OPT)的使用，可使工装的生产、试制周期缩短，提高生产效率光学定位点(OPT)的使用原则4.1主要平面（最大投影面原则）主要平面是指对工装定位面空间位置准确度影响最大的平面。主要平面的确定是指工装定位平面在飞机坐标系（即绝对坐标系）或工装坐标系（相对坐标系）中XY平面、YZ平面、XZ平面内投影面积的方法进行，即在那个平面的投影面积最大，那个平面即为主要平面。如图4-1所示。3个光学工具点OPT在XZ平面上的投影面最大，XZ平面为主要平面。图4-1主要平面3.4光学定位点(OPT)的使用，可使工装的生产、试64.23-2-1原则由于装配工装零件存在加工误差，而且按照定位原则只要控制装配工装定位面的六个自由度，就可以确定装配工装零件的空间的位置，因此，在一般情况下，只需确定3个光学工具点OPT的6个坐标值，来确定工装零件的正确位置。如何确定这6个坐标值，以图4-1为例介绍工具球的取值方法，从图4-1上可以看到零件平行于XY平面的，零件在XY面上的投影面最大，根据最大投影面原则，此平面为主要平面。其取值方法是：与主要平面垂直的方向取值。因此零件在Z轴方向上的取值有T/B1、T/B2与T/B3三个工具球。零件在YZ面上的投影面第二大，在X轴方向的取值的工具球有T/B1与T/B2。零件在XZ面上的投影面最小，在Y轴方向的取值的工具球有T/B1。或者说工具球T/B1要取X、Y、Z三个方向的值，T/B2要取Y、Z二个方向的值，T/B3要取Z一个方向的值。为什么要取与主要平面垂直的方向的值呢？

4.23-2-1原则74.3最大包容原则最大包容原则是光学工具点OPT的位置应将零件最大限度的包容在内（如图4-2所示），以提高制造的精度。图4-2最大包容原则4.3最大包容原则图4-2最大包容原则84.4直角坐标原则在满足最大包容原则的基础上，如能满足直角坐标原则的应满足直角坐标原则。直角坐标原则是：是将零件上的三个光学工具点OPT设计成相互垂直的三个点如图3-2所示。4.5自由度分离原则工装设计员设计工装时，按照3-2-1原则确定了工装定位件的空间位置六个自由度，但将六个自由度设计在一个零件上，工装制造部门安装该零件时，由于六个自由度未分开，调整某一个光学工具点OPT的坐标值，则其他两个光学工具点OPT的坐标值也随着变化，给安装调整带来很多困难。因此工装设计员在设计零件时，在条件允许的情况下，应对六个自由度进行分离，只有这样，当调整某一自由度时，其他自由度不发生变化或其变化很小。使安装调整变得简单。方法一：六个自由度的分离原理如图4-3所示。设计时用三个角材将定位件与框架连接。4.4直角坐标原则9图4-3六个自由度的分离原理调整方法是：三个位移自由度——沿Y方向平移是在角材1和角材2间的平面上移动。沿X方向平移是在角材2和角材3间的平面上移动。沿Z方向平移是在角材3和主体间的平面上移动。三个旋转自由度——绕X轴旋转是在角材3和主体间的平面上完成。绕Y轴旋转是在角材2和角材3间的平面上完成。绕Y轴旋转是在角材1和角材2间的平面上完成。这样调整任何一个自由度，对其他的自由度的影响都很小，使安装调整更方便。图4-3六个自由度的分离原理调整10方法二：顶丝调整的方法（见图4.3）图4-3顶丝调整的方法方法二：顶丝调整的方法（见图4.3）114.61/3公差分配原则通常情况下，产品装配最终公差=按工具球安装公差（1）+零件制造公差(2)+仪器系统误差（可忽略不计），一般按工具球的安装公差取为工程公差的1/3；当工程公差很小时，工具球的安装公差为工程公差的1/2，为保证产品装配最终公差，可根据实际情况调整(1),(2)值，从而保证工装顺利制造。但按工具球的安装公差与型面的制造公差之和不得大于工程公差的2/3。4.7光学工具点OPT设置为了给采用计算机辅助经纬仪CAT及激光跟踪仪LT安装创造有利条件，特制定装配工装光学工具点OPT设置方法如下：4.7.1定位型面的设置方法一般在需要定位的零件上设置三个光学工具点OPT，如图3-74所示。其安装光学工具点OPT的孔中心到零件边缘的最小边距为7.6mm/0.3英寸，光学工具点OPT中心到零件平面的距离为7.94mm/0.3125英寸，光学工具点OPT目标间的最小距离为38mm/1.5英寸。当零件定位面的尺寸不能使光学工具点OPT间的距离达到38mm/1.5英寸时，最好采用直角坐标原则的设置方法。4.61/3公差分配原则124.7.2圆形轴、孔类零件交点定位器类零件的设置方法圆形轴、孔类零件上的光学工具点OPT，应设计在轴类零件的中心线上，并设计在轴类零件上的两端，如图3-80所示。其取值应为3-2原则，也就是主要工作面上的工具球取3个值，另一个面上的工具球取2个值。圆形轴类零件见图3-81，工具球T/B1取X、Y、Z3个值，工具球T/B2只取X、Y2个值，就可以将圆轴类零件的空间位锁定。圆形孔类零件见图4-4、4-5，交点定位器类零件见图4-6。图4-4圆形轴孔类零件上的OPT的设置图4-5孔类零件上的OPT的设置4.7.2圆形轴、孔类零件交点定位器类零件的设置方法13图4-6交点定位器上的OPT的设置图4-6交点定位器上的OPT的设置14由于这类零件只要将零件轴线和一个与轴线相垂直的端面定位，零件的空间位置就已确定，因此这类零件仅控制5个自由度，也就是采用3-2原则。4.7.3长圆孔的设置方法长圆孔类零件光学工具点OPT的设置见图4-7，其取值为3-2-1原则。图4-7长圆孔类零件光学工具点OPT的设置由于这类零件只要将零件轴线和一个与154.7.4较大且较薄类零件或细长类零件的设置方法对于较大且较薄类零件或细长类零件工具球的设计方法见图4-8，其取值原则为3-2-1-1，也就是T/B1取X、Y、Z3个值，T/B2取X、Z，T/B3取Z，T/Bn取Z。图4-8较大且较薄类零件或细长类零件上的OPT的设置4.7.4较大且较薄类零件或细长类零件的设置方法图163-2-1原则的应用在工装图设计完成以后，每个需要定位的工装零件上都有三个光学工具点OPT，每个光学工具点OPT都有X、Y、Z三个坐标值，根据3-2-1原则，应对图中安装光学工具点OPT表的数值进行3-2-1选择，如何选择，一般有两种方法，一是利用三维数模上的坐标进行选择。一种是进行坐标转换的方法进行选择。两种方法各有各的特点。利用三维数模上的坐标进行选择的方法，方便快捷，但对于工装零件与坐标系产生夹角时，这种方法就很难确定哪个是主要平面，也就确立任何选值。使用坐标转换的方法进行选择，就一目了然了。第一种方法是大家常用的方法，这里就不详细叙述了，下面讲一讲第二种方法（见图5-1）。图5-1坐标转换的方法3-2-1原则的应用图5-1坐标转换的方法17从图5-1可以看到，工装零件距离工装坐标很远，且工装零件与工装坐标系的各面都有夹角，用三维数模的坐标很难确定主要平面，因此用坐标转换的方法进行选择，就很容易做到。下面介绍一下如何进行转换。转换方法如下：1）光学工具点（T/B）的坐标转换使图中（T/B1）的X1、Y1、Z1值为0，成为新坐标系的原点。使图中（T/B2）的X2、Y2、Z2值通过计算变为新坐标系中的X2、Y2、Z2值。计算方法是：X2-X1=新坐标系中的X2Y2-Y1=新坐标系中的Y2Z2-Z1=新坐标系中的Z2以此类推可以计算出其他光学工具点在新坐标系在的坐标值。2）根据3-2-1原则取值通过坐标的转换很容易看出哪个平面为主要平面，其取值方向也就确定。从图5-1可以看到，工装零件距离工18根据经验，还可以用另一种方法确定光学工具点的保留值的方法，其方法是将新坐标系的值列表（见表5.1）。XYZT/B1000T/B2X2Y2Z2T/B3X3Y3Z3表5-1新坐标系下的光学工具点值表表中T/B1的所有值都为0，以此此点为本工装零件的基准点，以此这三个值全保留。那么T/B2、T/B3中还有6个值任何选择呢？根据经验，看这6个值中那个值最大，这个值不保留，那么这个光学工具点的另外两个值一定保留。再看另一个光学工具点中的三个值哪一个大，那么这一个值必定不保留，这个值必定不保留的值与前面讲的6个值中那个最大的值的交叉点的值也是不保留值。根据经验，还可以用另一种方法确定光19数字化传递技术光学定位点在工装中的应用数字化传递技术光学定位点在工装中的应用20从工程数模到工装制造的数字化传递从工程数模到工装制造的数字化传递过程是按工程数模进行工装数模的设计，在工装数模的设计中，对所有的需要安装的定位件上，应设置光学定位点（OpticalToolingPoints简称OPT），也就是通常说的工具球，每个OPT均包括含X、Y、Z三个方向的坐标值，工装制造部门利用计算机辅助经纬仪（ComputerAidedTheodolite简称CAT）及激光跟踪仪（LaserTracker简称LT）通过测量OPT的坐标值来确定装配工装的定位特性，达到制造、安装、检验装配工装的目的。工装的坐标系（系统光学定位点）2.1绝对坐标系绝对坐标系是在工装上建立一个与飞机坐标系相同的坐标系。其优点是出现协调问题时，易于查找问题出现的原因。但有时会出现大部分工装零件与绝对坐标产生较大的夹角，使安装公差降低。为达到工装的使用要求，设计工装时，提高产生较大夹角的工装零件的安装的精度，由于安装精度的提高，制造安装的难度也相应增大。从工程数模到工装制造的数字化传递212.2相对坐标系相对坐标系是在工装上建立本工装坐标系。其优点是工装中的大部分零件坐标与工装坐标一致，减少误差环节，装配精度高。但出现协调问题难以找出问题的所在及解决方法，因此一般装配工装中，一般不使用这种方法，但装配工装如果没有协调关系的可使用此方法，零件工装也可使用此方法。光学定位点(OPT)在工装中的作用及特征3.1用于建立工装的坐标系的（基准光学定位点）用数字化传递设计的工装，应首先在工装上建立坐标系，如何建立工装上的坐标系呢？在工装的最大的基准平面上安装不得少于三个工具球，这些工具球是工装上的基准工具球（如图3-1所示）。用激光安装仪测量这些基准工具球，并在激光安装仪的计算机中给出工装坐标系与测量值的关系，计算机自动计算并建立工装坐标系,将此坐标系保存到计算机系统中。

2.2相对坐标系22图3-1工装的坐标系3.2用来确立工装零件的空间位置及工装零件的相互关系物体在三维空间内有六种可能的运动，也就是工程中说的六个自由度，这六个自由度可以分为两类：位移和旋转。位移有三种，垂直位移（沿Z轴方向位移）、横向位移（沿X轴方向位移）、轴向位移（沿Y轴向方位移）。旋转有三种，垂直旋转（绕Z轴方向旋转）、横向旋转（绕X轴方向旋转）、轴向旋转（绕Y轴方向旋转）。如将这六个自由度加以控制，那么物体在三维空间中的位置，就相对固定。工装上每个零件都要有三个或三个以上光学定位点(如图3-2所示)进行控制工件的六个自由度，以确定工件在工装中的空间位置。图3-1工装的坐标系3.2用来确立工装零件的空23图3-2工具球的设置3.3光学定位点(OPT)的使用提高了工装的制造精度图3-2工具球的设置3.3光学定位点(OPT)的243.4光学定位点(OPT)的使用，可使工装的生产、试制周期缩短，提高生产效率光学定位点(OPT)的使用原则4.1主要平面（最大投影面原则）主要平面是指对工装定位面空间位置准确度影响最大的平面。主要平面的确定是指工装定位平面在飞机坐标系（即绝对坐标系）或工装坐标系（相对坐标系）中XY平面、YZ平面、XZ平面内投影面积的方法进行，即在那个平面的投影面积最大，那个平面即为主要平面。如图4-1所示。3个光学工具点OPT在XZ平面上的投影面最大，XZ平面为主要平面。图4-1主要平面3.4光学定位点(OPT)的使用，可使工装的生产、试254.23-2-1原则由于装配工装零件存在加工误差，而且按照定位原则只要控制装配工装定位面的六个自由度，就可以确定装配工装零件的空间的位置，因此，在一般情况下，只需确定3个光学工具点OPT的6个坐标值，来确定工装零件的正确位置。如何确定这6个坐标值，以图4-1为例介绍工具球的取值方法，从图4-1上可以看到零件平行于XY平面的，零件在XY面上的投影面最大，根据最大投影面原则，此平面为主要平面。其取值方法是：与主要平面垂直的方向取值。因此零件在Z轴方向上的取值有T/B1、T/B2与T/B3三个工具球。零件在YZ面上的投影面第二大，在X轴方向的取值的工具球有T/B1与T/B2。零件在XZ面上的投影面最小，在Y轴方向的取值的工具球有T/B1。或者说工具球T/B1要取X、Y、Z三个方向的值，T/B2要取Y、Z二个方向的值，T/B3要取Z一个方向的值。为什么要取与主要平面垂直的方向的值呢？

4.23-2-1原则264.3最大包容原则最大包容原则是光学工具点OPT的位置应将零件最大限度的包容在内（如图4-2所示），以提高制造的精度。图4-2最大包容原则4.3最大包容原则图4-2最大包容原则274.4直角坐标原则在满足最大包容原则的基础上，如能满足直角坐标原则的应满足直角坐标原则。直角坐标原则是：是将零件上的三个光学工具点OPT设计成相互垂直的三个点如图3-2所示。4.5自由度分离原则工装设计员设计工装时，按照3-2-1原则确定了工装定位件的空间位置六个自由度，但将六个自由度设计在一个零件上，工装制造部门安装该零件时，由于六个自由度未分开，调整某一个光学工具点OPT的坐标值，则其他两个光学工具点OPT的坐标值也随着变化，给安装调整带来很多困难。因此工装设计员在设计零件时，在条件允许的情况下，应对六个自由度进行分离，只有这样，当调整某一自由度时，其他自由度不发生变化或其变化很小。使安装调整变得简单。方法一：六个自由度的分离原理如图4-3所示。设计时用三个角材将定位件与框架连接。4.4直角坐标原则28图4-3六个自由度的分离原理调整方法是：三个位移自由度——沿Y方向平移是在角材1和角材2间的平面上移动。沿X方向平移是在角材2和角材3间的平面上移动。沿Z方向平移是在角材3和主体间的平面上移动。三个旋转自由度——绕X轴旋转是在角材3和主体间的平面上完成。绕Y轴旋转是在角材2和角材3间的平面上完成。绕Y轴旋转是在角材1和角材2间的平面上完成。这样调整任何一个自由度，对其他的自由度的影响都很小，使安装调整更方便。图4-3六个自由度的分离原理调整29方法二：顶丝调整的方法（见图4.3）图4-3顶丝调整的方法方法二：顶丝调整的方法（见图4.3）304.61/3公差分配原则通常情况下，产品装配最终公差=按工具球安装公差（1）+零件制造公差(2)+仪器系统误差（可忽略不计），一般按工具球的安装公差取为工程公差的1/3；当工程公差很小时，工具球的安装公差为工程公差的1/2，为保证产品装配最终公差，可根据实际情况调整(1),(2)值，从而保证工装顺利制造。但按工具球的安装公差与型面的制造公差之和不得大于工程公差的2/3。4.7光学工具点OPT设置为了给采用计算机辅助经纬仪CAT及激光跟踪仪LT安装创造有利条件，特制定装配工装光学工具点OPT设置方法如下：4.7.1定位型面的设置方法一般在需要定位的零件上设置三个光学工具点OPT，如图3-74所示。其安装光学工具点OPT的孔中心到零件边缘的最小边距为7.6mm/0.3英寸，光学工具点OPT中心到零件平面的距离为7.94mm/0.3125英寸，光学工具点OPT目标间的最小距离为38mm/1.5英寸。当零件定位面的尺寸不能使光学工具点OPT间的距离达到38mm/1.5英寸时，最好采用直角坐标原则的设置方法。4.61/3公差分配原则314.7.2圆形轴、孔类零件交点定位器类零件的设置方法圆形轴、孔类零件上的光学工具点OPT，应设计在轴类零件的中心线上，并设计在轴类零件上的两端，如图3-80所示。其取值应为3-2原则，也就是主要工作面上的工具球取3个值，另一个面上的工具球取2个值。圆形轴类零件见图3-81，工具球T/B1取X、Y、Z3个值，工具球T/B2只取X、Y2个值，就可以将圆轴类零件的空间位锁定。圆形孔类零件见图4-4、4-5，交点定位器类零件见图4-6。图4-4圆形轴孔类零件上的OPT的设置图4-5孔类零件上的OPT的设置4.7.2圆形轴、孔类零件交点定位器类零件的设置方法32图4-6交点定位器上的OPT的设置图4-6交点定位器上的OPT的设置33由于这类零件只要将零件轴线和一个与轴线相垂直的端面定位，零件的空间位置就已确定，因此这类零件仅控制5个自由度，也就是采用3-2原则。4.7.3长圆孔的设置方法长圆孔类零件光学工具点OPT的设置见图4-7，其取值为3-2-1原则。图4-7长圆孔类零件光学工具点OPT的设置由于这类零件只要将零件轴线和一个与344.7.4较大且较薄类零件或细长类零件的设置方法对于较大且较薄类零件或细长类零件工具球的设计方法见图4-8，其取值原则为3-2-1-1，也就是T/B1取X、Y、Z3个值，T/B2取X、Z，T/B3取Z，T/Bn取Z。图4-8较大且较薄类零件或细长类零件上的OPT的设置4.7.4较大且较薄类零件或细长类零件的设置方法图353-2-1原则的应用在工装图设计完成以后，每个需要定位的工装零件上都有三个光学工具点OPT，每个光学工具点OPT都有X、Y、Z三个坐标值，根据3-2-1原则，应对图中安装光学工具点OPT表的数值进行3-2-1选择，如