1、數(shù)字化傳遞技術(shù) 光學定位點在工裝中的應用從工程數(shù)模到工裝制造的數(shù)字化傳遞 從工程數(shù)模到工裝制造的數(shù)字化傳遞過程是按工程數(shù)模進行工裝數(shù)模的設(shè)計，在工裝數(shù)模的設(shè)計中，對所有的需要安裝的定位件上，應設(shè)置光學定位點（Optical Tooling Points簡稱OPT），也就是通常說的工具球，每個OPT均包括含X、Y、Z三個方向的坐標值，工裝制造部門利用計算機輔助經(jīng)緯儀（Computer Aided Theodolite簡稱CAT）及激光跟蹤儀（Laser Tracker簡稱LT）通過測量OPT的坐標值來確定裝配工裝的定位特性，達到制造、安裝、檢驗裝配工裝的目的。 工裝的坐標系（系統(tǒng)光學定位點） 2

2、.1 絕對坐標系 絕對坐標系是在工裝上建立一個與飛機坐標系相同的坐標系。其優(yōu)點是出現(xiàn)協(xié)調(diào)問題時，易于查找問題出現(xiàn)的原因。但有時會出現(xiàn)大部分工裝零件與絕對坐標產(chǎn)生較大的夾角，使安裝公差降低。為達到工裝的使用要求，設(shè)計工裝時，提高產(chǎn)生較大夾角的工裝零件的安裝的精度，由于安裝精度的提高，制造安裝的難度也相應增大。2.2 相對坐標系 相對坐標系是在工裝上建立本工裝坐標系。其優(yōu)點是工裝中的大部分零件坐標與工裝坐標一致，減少誤差環(huán)節(jié)，裝配精度高。但出現(xiàn)協(xié)調(diào)問題難以找出問題的所在及解決方法，因此一般裝配工裝中，一般不使用這種方法，但裝配工裝如果沒有協(xié)調(diào)關(guān)系的可使用此方法，零件工裝也可使用此方法。光學定位點(

3、OPT)在工裝中的作用及特征 3.1 用于建立工裝的坐標系的（基準光學定位點） 用數(shù)字化傳遞設(shè)計的工裝，應首先在工裝上建立坐標系，如何建立工裝上的坐標系呢？在工裝的最大的基準平面上安裝不得少于三個工具球，這些工具球是工裝上的基準工具球（如圖3-1所示）。用激光安裝儀測量這些基準工具球，并在激光安裝儀的計算機中給出工裝坐標系與測量值的關(guān)系，計算機自動計算并建立工裝坐標系,將此坐標系保存到計算機系統(tǒng)中。 圖3-1 工裝的坐標系 3.2 用來確立工裝零件的空間位置及工裝零件的相互關(guān)系 物體在三維空間內(nèi)有六種可能的運動，也就是工程中說的六個自由度，這六個自由度可以分為兩類：位移和旋轉(zhuǎn)。位移有三種，垂直

4、位移（沿Z軸方向位移）、橫向位移（沿X軸方向位移）、軸向位移（沿Y軸向方位移）。旋轉(zhuǎn)有三種，垂直旋轉(zhuǎn)（繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)）、橫向旋轉(zhuǎn)（繞X軸方向旋轉(zhuǎn)）、軸向旋轉(zhuǎn)（繞Y軸方向旋轉(zhuǎn)）。如將這六個自由度加以控制，那么物體在三維空間中的位置，就相對固定。工裝上每個零件都要有三個或三個以上光學定位點(如圖3-2所示)進行控制工件的六個自由度，以確定工件在工裝中的空間位置。 圖3-2 工具球的設(shè)置3.3 光學定位點(OPT)的使用提高了工裝的制造精度 3.4 光學定位點(OPT)的使用，可使工裝的生產(chǎn)、試制周期縮短，提高生產(chǎn)效率光學定位點(OPT)的使用原則 4.1 主要平面（最大投影面原則） 主要平面是指對

5、工裝定位面空間位置準確度影響最大的平面。主要平面的確定是指工裝定位平面在飛機坐標系（即絕對坐標系）或工裝坐標系（相對坐標系）中XY平面、YZ平面、XZ平面內(nèi)投影面積的方法進行，即在那個平面的投影面積最大，那個平面即為主要平面。如圖4-1所示。3個光學工具點OPT在XZ平面上的投影面最大，XZ平面為主要平面。圖4-1 主要平面4.2 3-2-1原則 由于裝配工裝零件存在加工誤差，而且按照定位原則只要控制裝配工裝定位面的六個自由度，就可以確定裝配工裝零件的空間的位置，因此，在一般情況下，只需確定3個光學工具點OPT的6個坐標值，來確定工裝零件的正確位置。如何確定這6個坐標值，以圖4-1為例介紹工具

6、球的取值方法，從圖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，根據(jù)最大投影面原則，此平面為主要平面。其取值方法是：與主要平面垂直的方向取值。因此零件在Z軸方向上的取值有T/B1、 T/B2與T/B3三個工具球。零件在YZ面上的投影面第二大，在X 軸方向的取值的工具球有T/B1 與T/B2。零件在XZ面上的投影面最小，在Y 軸方向的取值的工具球有T/B1?；蛘哒f工具球T/B1要取X、Y、Z三個方向的值，T/B2要取Y、Z二個方向的值，T/B3要取Z一個方向的值。為什么要取與主要平面垂直的方向的值呢？ 4.3 最大包容原則 最大包容原則是光學工具點OPT的位置應將零件最大限度

7、的包容在內(nèi)（如圖4-2所示），以提高制造的精度。 圖4-2 最大包容原則4.4 直角坐標原則 在滿足最大包容原則的基礎(chǔ)上，如能滿足直角坐標原則的應滿足直角坐標原則。 直角坐標原則是：是將零件上的三個光學工具點OPT設(shè)計成相互垂直的三個點如圖3-2所示。4.5 自由度分離原則 工裝設(shè)計員設(shè)計工裝時，按照3-2-1原則確定了工裝定位件的空間位置六個自由度，但將六個自由度設(shè)計在一個零件上，工裝制造部門安裝該零件時，由于六個自由度未分開，調(diào)整某一個光學工具點OPT的坐標值，則其他兩個光學工具點OPT的坐標值也隨著變化，給安裝調(diào)整帶來很多困難。因此工裝設(shè)計員在設(shè)計零件時，在條件允許的情況下，應對六個自由

8、度進行分離，只有這樣，當調(diào)整某一自由度時，其他自由度不發(fā)生變化或其變化很小。使安裝調(diào)整變得簡單。 方法一：六個自由度的分離原理如圖4-3所示。設(shè)計時用三個角材將定位件與框架連接。 圖4-3六個自由度的分離原理 調(diào)整方法是：三個位移自由度沿Y方向平移是在角材1和角材2間的平面上移動。沿X方向平移是在角材2和角材3間的平面上移動。沿Z方向平移是在角材3和主體間的平面上移動。三個旋轉(zhuǎn)自由度繞X軸旋轉(zhuǎn)是在角材3和主體間的平面上完成。繞Y軸旋轉(zhuǎn)是在角材2和角材3間的平面上完成。繞Y軸旋轉(zhuǎn)是在角材1和角材2間的平面上完成。這樣調(diào)整任何一個自由度，對其他的自由度的影響都很小，使安裝調(diào)整更方便。 方法二：頂絲

9、調(diào)整的方法（見圖4.3）圖4-3 頂絲調(diào)整的方法4.6 1/3公差分配原則 通常情況下，產(chǎn)品裝配最終公差=按工具球安裝公差（1）+零件制造公差(2)+儀器系統(tǒng)誤差（可忽略不計），一般按工具球的安裝公差取為工程公差的1/3；當工程公差很小時，工具球的安裝公差為工程公差的1/2，為保證產(chǎn)品裝配最終公差，可根據(jù)實際情況調(diào)整(1),(2)值，從而保證工裝順利制造。但按工具球的安裝公差與型面的制造公差之和不得大于工程公差的2/3。4.7 光學工具點OPT設(shè)置 為了給采用計算機輔助經(jīng)緯儀CAT及激光跟蹤儀LT安裝創(chuàng)造有利條件，特制定裝配工裝光學工具點OPT設(shè)置方法如下：4.7.1 定位型面的設(shè)置方法 一般

10、在需要定位的零件上設(shè)置三個光學工具點OPT，如圖3-74所示。其安裝光學工具點OPT的孔中心到零件邊緣的最小邊距為7.6mm/0.3英寸，光學工具點OPT中心到零件平面的距離為7.94mm/0.3125英寸，光學工具點OPT目標間的最小距離為38 mm/1.5英寸。當零件定位面的尺寸不能使光學工具點OPT間的距離達到38 mm/1.5英寸時，最好采用直角坐標原則的設(shè)置方法。 4.7.2 圓形軸、孔類零件交點定位器類零件的設(shè)置方法 圓形軸、孔類零件上的光學工具點OPT，應設(shè)計在軸類零件的中心線上，并設(shè)計在軸類零件上的兩端，如圖3-80所示。其取值應為3-2原則，也就是主要工作面上的工具球取3個值

11、，另一個面上的工具球取2個值。圓形軸類零件見圖3-81，工具球T/B1取X、Y、Z3個值，工具球T/B2只取X、Y 2個值，就可以將圓軸類零件的空間位鎖定。圓形孔類零件見圖4-4、4-5，交點定位器類零件見圖4-6。 圖4-4 圓形軸孔類零件上的OPT的設(shè)置 圖4-5 孔類零件上的OPT的設(shè)置 圖4-6 交點定位器上的OPT的設(shè)置 由于這類零件只要將零件軸線和一個與軸線相垂直的端面定位，零件的空間位置就已確定，因此這類零件僅控制5個自由度，也就是采用3-2原則。 4.7.3 長圓孔的設(shè)置方法 長圓孔類零件光學工具點OPT的設(shè)置見圖4-7，其取值為3-2-1原則。 圖4-7 長圓孔類零件光學工具

12、點OPT的設(shè)置 4.7.4 較大且較薄類零件或細長類零件的設(shè)置方法 對于較大且較薄類零件或細長類零件工具球的設(shè)計方法見圖4-8，其取值原則為3-2-1-1，也就是T/B1取X、Y 、Z3個值，T/B2取X、Z，T/B3取Z，T/Bn取Z。 圖4-8 較大且較薄類零件或細長類零件上的OPT的設(shè)置 3-2-1原則的應用 在工裝圖設(shè)計完成以后，每個需要定位的工裝零件上都有三個光學工具點OPT，每個光學工具點OPT都有X、Y、Z三個坐標值，根據(jù)3-2-1原則，應對圖中安裝光學工具點OPT表的數(shù)值進行3-2-1選擇，如何選擇，一般有兩種方法，一是利用三維數(shù)模上的坐標進行選擇。一種是進行坐標轉(zhuǎn)換的方法進行

13、選擇。兩種方法各有各的特點。利用三維數(shù)模上的坐標進行選擇的方法，方便快捷，但對于工裝零件與坐標系產(chǎn)生夾角時，這種方法就很難確定哪個是主要平面，也就確立任何選值。使用坐標轉(zhuǎn)換的方法進行選擇，就一目了然了。第一種方法是大家常用的方法，這里就不詳細敘述了，下面講一講第二種方法（見圖5-1）。圖5-1 坐標轉(zhuǎn)換的方法 從圖5-1可以看到，工裝零件距離工裝坐標很遠，且工裝零件與工裝坐標系的各面都有夾角，用三維數(shù)模的坐標很難確定主要平面，因此用坐標轉(zhuǎn)換的方法進行選擇，就很容易做到。下面介紹一下如何進行轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換方法如下： 1）光學工具點（T/B）的坐標轉(zhuǎn)換 使圖中（T/B1）的X1、Y1、Z1值為0，成為新坐標系的原點。 使圖中（T/B2）的X2、Y2、Z2值通過計算變?yōu)樾伦鴺讼抵械腦2、Y2、Z2值。計算方法是： X2 - X1=新坐標系中的X2 Y2 - Y1=新坐標系中的Y2 Z2 - Z1=新坐標系中的Z2 以此類推可以計算出其他光學工具點在新坐標系在的坐標值。 2）根據(jù)3-2-1原則取值 通過坐標的轉(zhuǎn)換很容易看出哪個平面為主要平面，其取值方向也就確定。 根據(jù)經(jīng)驗，還可以用另一種方法確定光學工具點的保留值的方法，其方法是將新坐標系的值列表（見表5.1）。XYZT/B10