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蒙皮拉形是一项重要的航空钣金成形工艺，飞机蒙皮零件主要采用拉形工艺进行生产制造。目前基于经验的传统蒙皮拉形方式，不能满足新一代航空产品快速响应制造的要求。为了实现高质量、低成本、快速的蒙皮零件制造，本文从工艺准备的角度，围绕工装的数字化和工艺过程的数字化，研究了蒙皮拉形快速工艺准备及相关的关键技术，以期提高航空钣金的数字化制造水平，实现蒙皮零件的精准化制造。 为了加深对拉形工艺的理解和为工艺设计提供参考，本文首先通过解析的方法对圆柱面零件的拉形进行了分析。基于平面应变假设，通过研究预拉、弯曲和补拉阶段的应力应变关系，建立了蒙皮拉形过程的解析模型，分析讨论了预拉载荷、补拉载荷和弯曲对板料截面应力应变、加载弯矩和回弹的影响规律。分析表明：随着预拉载荷和补拉载荷的增大，板料截面的应力分布趋于均匀一致，导致截面弯矩减小，回弹减小。该解析模型可对圆柱零件的“预拉+弯曲”、“弯曲+补拉”、“预拉+弯曲+补拉”和纯弯曲4种工艺过程进行分析。 在分析拉形工艺原理的基础上，本文对蒙皮拉形工艺设计方法进行了研究。针对多点模具和实体模具蒙皮拉形，研究了模具型面的快速生成、毛料尺寸计算、拉形轨迹的计算和多点模具钉高数据的计算等技术和相关算法，并基于CATIA（Computer Aided Tri-dimensional Interface Application）和CAA（Component Application Architecture）二次开发技术开发了蒙皮拉形工艺设计系统，依据蒙皮零件的设计数模，实现了蒙皮拉形模具型面的快速设计、毛料和拉形轨迹的快速计算以及多点模具钉高数据的计算，为进一步的工艺仿真及优化和拉形机运动仿真等提供工艺数据。 为了发现并预先修正工艺设计和实际生产过程中可能存在的拉形轨迹错误、意外碰撞等缺陷，本文针对FET600和VTL1000型数控拉形机，在解决拉形轨迹与拉形机运动参数转换算法的基础上，研究了拉形机运动仿真技术和数控代码生成方法，发展了拉形轨迹和FET600型数控拉形机的运动参数转换方法，建立了拉形轨迹和VTL1000型数控拉形机的运动参数转换方法。基于CATIACAA二次开发技术，开发了FET600和VTL1000型数控拉形机运动仿真系统，并以FET600型数控拉形机实验验证了数控代码的生成方法，结果表明：由拉形轨迹计算得到的数控代码具有较高的计算精度，且能够比较准确的控制拉形机进行实际的蒙皮拉形。 为了实现拉形模具型面的优化，本文基于有限元技术对多点模具和实体模具的型面优化技术进行了研究，以确定工艺仿真及优化模型和优化方法。针对多点模具，在简化模具型面和垫层模型的基础上，建立了多点模具拉形过程的有限元模型，采用一步优化的方法（单步优化法）计算得到优化的模具型面，并以某型飞机蒙皮零件在大型多点模具上进行工程验证实验，结果表明：由单步优化法计算得到的模具型面进行蒙皮拉形可以得到精度较高的零件，贴模度达到0.5mm以内，满足了贴模度精度的要求，也进一步验证了单步优化法的有效性和多点模具数控拉形技术的实用性。针对实体模具，首先建立了蒙皮拉形过程的有限元模型，并由实验对建立的有限元模型进行验证，结果表明：本文建立的实体模具有限元模型能够较准确的模拟板料的拉形和回弹过程。基于该有限元模型，采用位移调整法对实体模具的型面进行优化，最终得到了优化的模具型面。分别由Pam-stamp和Abaqus建立优化模面拉形过程的有限元模拟，模拟得到回弹后的零件，并与理想零件进行比较，模拟验证了优化模面的有效性，进而说明了实体模具优化模型和优化方法的实用性，为进一步工程化实验验证奠定了基础。 另外，根据工艺准备过程对材料数据和工艺知识的需求，构建了钣金成形材料数据库和蒙皮拉形工艺知识库，讨论了辅助工艺审查、辅助工艺设计及工装设计的方法和流程，为实现蒙皮拉形工艺知识模型在工艺准备关键环节的应用奠定了基础。 基于以上的研究，本文对基于MBD（Model Based Definition）的飞机蒙皮数字化拉形快速工艺准备系统进行了探索性研究，认为拉形工艺知识库、材料数据库、拉形工艺设计、拉形机运动仿真、工艺仿真及优化和蒙皮拉形三维制造模型是蒙皮拉形数字化工艺准备的关键技术，提出了该工艺准备系统的体系结构、功能、应用流程及启动界面，阐述了基于MBD的飞机蒙皮数字化制造模型；最后以实际飞机蒙皮的拉形为例，讨论了该工艺准备系统的应用方法，验证了相关的子系统，并得到了质量较高的零件，进而说明了该系统的实用性。另外，基于本文的工艺准备系统，对大型多点模蒙皮零件的组合拉形技术进行了应用方面的研究，且工程验证实验取得了满意的效果，实验表明：采用组合拉形方式可实现一模多件蒙皮拉形，解决了大型多点模具台面和蒙皮零件尺寸不匹配的问题，充分发挥了多点模具的使用效率，为大型多点模具在生产中的应用提供了有效的指导。