MBD技術下鈑金零件模線樣板的設計

石 晶 ，趙 敏 ，魏鳳瑞

(中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，a.制造數(shù)據(jù)中心；b.通航研發(fā)中心；c.技術裝備中心，遼寧 沈陽 110850)

MBD技術下鈑金零件模線樣板的設計

石 晶a，趙 敏b，魏鳳瑞c

(中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，a.制造數(shù)據(jù)中心；b.通航研發(fā)中心；c.技術裝備中心，遼寧 沈陽 110850)

在飛機的設計和制造中，模線樣板作為飛機零件制造和工藝裝配的首道工序有著重要作用，簡要介紹了MBD技術及鈑金零件外形樣板、展開樣板、切面樣板在傳統(tǒng)模式下和在MBD技術下模線的設計方法。MBD技術的應用，使模線樣板設計轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀S模型為依據(jù)的數(shù)字化設計，提高了模線樣板加工的效率與精度。

MBD技術；鈑金零件；模線樣板

隨著科技日新月異的發(fā)展，飛機產(chǎn)品的協(xié)調(diào)依據(jù)從傳統(tǒng)模擬量傳遞的標準樣件過渡到了現(xiàn)代化數(shù)字量傳遞的三維實體模型。基于模型的定義（Model Based Definition，MBD）技術是波音公司在美國機械工程師協(xié)會頒布的數(shù)字產(chǎn)品定義規(guī)范的基礎上，結(jié)合自己的數(shù)字化制造經(jīng)驗擴充了飛機研制建模中所有特有的應用需求，從而得出的一種全新的數(shù)字化定義技術。

目前，我國航空制造業(yè)正在關注并大力推進MBD技術的發(fā)展，更好的應用其技術來為飛機研制服務。模線樣板作為我公司零件制造和工藝裝配的依據(jù)占有重要的地位。MBD技術的應用，使模線樣板設計從傳統(tǒng)設計方法轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀S模型為依據(jù)的數(shù)字化設計，同樣提高了模線樣板加工的效率與精度。

1 MBD技術概述

1.1 MBD技術的定義

基于模型的定義（Model Based Definition，MBD）技術是波音公司在美國機械工程師協(xié)會頒布的數(shù)字產(chǎn)品定義規(guī)范的基礎上，結(jié)合自己的數(shù)字化制造經(jīng)驗擴充了飛機研制建模中所有特有的應用需求，從而得出的一種全新的數(shù)字化定義技術。

1.2 MBD技術簡介

MBD技術是一種具有三維模型主要元素的完整產(chǎn)品數(shù)字化定義技術，是隨著數(shù)字化定義技術在產(chǎn)品設計和制造中的深入應用而發(fā)展起來的。其核心思想是采用三維數(shù)字化模型進行產(chǎn)品數(shù)字化模型從而進行產(chǎn)品數(shù)字化信息的完整描述，實現(xiàn)以三維數(shù)字化模型為核心的設計制造信息傳遞模式。MBD思想的核心要求是基于圖紙的設計授權模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀S模型為主的設計授權模式，要求所有生產(chǎn)檢驗的依據(jù)要執(zhí)行以三維模型為主，二維圖紙為輔的工作方法。

2 鈑金零件外形與切面樣板的設計方法

2.1 傳統(tǒng)方式下外形與切面樣板的設計

在傳統(tǒng)的設計方法中，由于我們只有圖紙作為依據(jù)，這就要求我們只能根據(jù)圖紙中的尺寸在電腦中依次畫出零件的外形或者畫出切面的曲線來得到模線。對于外形簡單的零件設計樣板時還比較容易，但是對于外形復雜的零件設計起來就相當煩瑣。

2.2 MBD技術下外形與切面樣板的設計

由于在設計樣板時有三維數(shù)據(jù)集作為加工的依據(jù)，所以在設計外形與切面樣板時就可以直接利用CATIA軟件在零件三維實體上做一些簡單的操作求出所需要的輪廓線。通常外形樣板只要在數(shù)模中求出零件的外形交線，切面樣板只要做出所要位置的交線，并且留出所需要的定位線和基準線，將所有需要的線條利用Drafting模塊轉(zhuǎn)換成二維圖形，得到模線。這樣設計減少了傳統(tǒng)設計中只按照圖紙尺寸進行逐一繪制的煩瑣。

3 鈑金零件展開樣板的設計方法

飛機鈑金零件的制造需要零件的展開樣板和二維展開數(shù)據(jù)集進行下料或加工，因此展開樣板的設計在我們公司的樣板設計中占有很大的比例。隨著MBD技術的推進，二維圖紙已經(jīng)逐步被三維模型替代，按照傳統(tǒng)的設計方法設計這些零件的展開樣板是非常繁瑣的，只有隨著技術的提升改變設計方法才能適應發(fā)展。以圖1所示為例，簡要說明展開樣板的設計方法。

圖1 鈑金零件

3.1 傳統(tǒng)方式下展開樣板的設計

按照傳統(tǒng)的設計方法，在求上述零件的展開樣板時，由于零件的展開尺寸在圖紙上沒有體現(xiàn)，彎邊形狀比較復雜，所以在求展開尺寸時需要在多處不同位置測出彎邊斜高和彎邊角度，利用模線設計員手冊查出相應的系數(shù)數(shù)值或者利用求彎邊展開的計算公式：

算出展開值。

其中，

Z為距外形交線的展開尺寸；

T為彎邊斜高；

R為彎曲內(nèi)半徑；

δ為材料厚度；

α為中心角。

將所求值做點畫出，最后將所有展開值的點用樣條曲線連出，得到展開的輪廓線。由于是利用點畫樣條曲線，所以位置選取越多相對展開樣板的外緣越精確。

這種方法需要大量的測量與計算，在測量與計算時是相當繁瑣的，同時，在計算時又會有很多系數(shù)上的偏差，連接展開值的樣條曲線的精度也很難保證。

3.2 MBD技術下展開樣板的設計

MBD技術下數(shù)據(jù)集是所有設計、制造的依據(jù)，其包括產(chǎn)品在研制過程中相關的各項屬性和功能，這樣很多零件信息我們就可以直接在結(jié)構樹中提取，實現(xiàn)了過程的簡化。

拋開二維圖紙，以數(shù)模作為設計的依據(jù)，在設計展開樣板時我們就可以在CATIA軟件中將該零件的外形交線、彎邊輪廓線提取出來。再利用CATIA軟件中的航空鈑金模塊將零件用鈑金彎邊的方式做出，利用展開命令就可以直接將零件的展開求出。如圖2所示。

圖2 鈑金零件的展開

用鈑金方法做出的數(shù)模可以得到零件的展開狀態(tài)，利用Drafting模塊中的投影視圖命令就得到展開模線。對于彎邊上有孔的零件，在用鈑金方法建模時一并在零件的彎邊上做出所需的孔，展開時可以同時得到彎邊上的孔。

按照這種方式設計展開樣板只需重新以鈑金的方式將零件做出即可，大大減小了計算量，降低了難度，由計算機計算保證了計算的準確度，并且展開樣板的輪廓由零件的外緣控制提高了樣板的精度。

4 在MBD技術下模線樣板設計方法的先進性

4.1 在MBD技術下設計模線樣板的優(yōu)點

在MBD技術下，模線樣板的設計不再依據(jù)二維圖紙，也不在需要利用傳統(tǒng)的計算公式，減小了設計時的計算量，對于零件的一些屬性，例如：材料厚度，彎邊圓角等可以直接在數(shù)模中找到而無需測量。對于圖2所示的零件彎邊形狀復雜，如果用傳統(tǒng)取點計算，在用樣條曲線連接的方法，誤差較大。現(xiàn)在以數(shù)模為依據(jù)，有軟件直接生成，即節(jié)省時間，又提高了其準確度。

4.2 在MBD技術下設計模線樣板的建議

雖然模線樣板的設計在MBD技術下有了一定的突破，但是對于零件曲度更加復雜，無法單獨用鈑金方式建模的零件，這樣設計有可能增加難度。對于不同結(jié)構的鈑金零件，模線樣板的設計方法也應該選擇不同的方式。因此，如何更好的應用CATIA軟件建立鈑金零件也時我們今后工作的需要探索的。在傳統(tǒng)方法向數(shù)字化方法轉(zhuǎn)變的過度時期，我們要更好的將設計方法結(jié)合。

5 結(jié)論

隨著MBD技術在航空研制體系中的應用，三維模型已經(jīng)貫穿在整個飛機設計制造過程中，成為飛機設計制造的依據(jù)。隨之而來，對于如何更好的將MBD技術的優(yōu)勢應用在模線樣板的設計中，怎樣更完美的將傳統(tǒng)模擬量向現(xiàn)代數(shù)字化轉(zhuǎn)變合是我們進一步需要思考的問題。

[1]魯 康.強化標準關注體系推進MBD深入應用[J].航空制造技術，2010，(20)：54-57.

[2]航空制造工程手冊總編委會.航空制造工程手冊——飛機模線樣板[M].北京.航空工業(yè)出版社.1993.

Design of Sheet Metal Parts’Lofting Tem ple Base on MBD Technology

SHI Jinga，ZHAO Minb，WEI Feng-ruic
(a.Manufacturing Date Center；b.General Aviation Research and Development Center；c.Technology Equipment Center；AVICSHEN YANGAIRCRAFTCORPORATION，Shenyang 110850，China）

In the design and manufacture of mould pattern as the line,making and process of assembling the parts of the first step is an important role.the paper briefly introduces MBD technology and sheet metal parts’outline template、flat template etc in the traditional mode and technology of the modal MBD design methods.The application of MBD technology,so that the template design into a 3D model based digital design,improves the template processing efficiency and accuracy.

MBD technology；sheet metal Parts；lofting temple

V262.32

B

1672-545X（2013）01-0128-02

2012-10-08

石 晶(1983—)，女，遼寧遼陽人，學士學位，工程師，主要研究領域為飛機模線樣板和數(shù)據(jù)集的設計。