飛機(jī)座艙壓板類(lèi)零件展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)方法探索

摘 要：飛機(jī)座艙壓板類(lèi)零件具有外形較窄、材料較薄、強(qiáng)度也較差、銑切區(qū)形狀復(fù)雜、成形曲度大等特點(diǎn)，在制造的過(guò)程中，展開(kāi)數(shù)模的設(shè)計(jì)成為零件加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章以飛機(jī)座艙前壓板零件為例，介紹基于MBD技術(shù)條件下飛機(jī)座艙壓板類(lèi)零件面向制造的展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)、校正方法，論述了具體的解決方案，提出了展開(kāi)數(shù)模的設(shè)計(jì)方法，解決了飛機(jī)座艙類(lèi)零件在加工中反復(fù)校正展開(kāi)件數(shù)據(jù)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：展開(kāi)數(shù)模；二維展開(kāi)數(shù)據(jù)；工程數(shù)據(jù)集；展開(kāi)件數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：V260；TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）33-0018-02

1 概 述

設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的飛機(jī)座艙壓板類(lèi)零件三維工程數(shù)據(jù)集都是基于飛機(jī)理論外緣的高曲度模型，在實(shí)際生產(chǎn)加工的過(guò)程中，需要展開(kāi)成為三坐標(biāo)加工的平面數(shù)模，便于數(shù)控加工，之后再成型。

隨著MBD技術(shù)在國(guó)內(nèi)外軍民機(jī)生產(chǎn)中的普遍應(yīng)用，使得飛機(jī)零件的加工及裝配精度都非常高，各零、組部件的互換協(xié)調(diào)性也大幅度的提高，展開(kāi)數(shù)模作為飛機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)的首道工序，設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的展開(kāi)數(shù)模成為了整個(gè)零件生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到零件的下料及銑切區(qū)的加工情況，并直接影響零件成形之后的精度。

設(shè)計(jì)高精度的展開(kāi)數(shù)模直至零件交付到裝配部門(mén)是一個(gè)復(fù)雜及漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的展開(kāi)校正，基本流程，如圖1所示，起初利用CATIA V5軟件的展開(kāi)功能將壓板類(lèi)零件的曲面及銑切區(qū)邊緣線一并展開(kāi)，形成二維展開(kāi)數(shù)據(jù)，根據(jù)二維展開(kāi)數(shù)據(jù)及參考零件的三維工程數(shù)據(jù)集的實(shí)際和裝配部門(mén)來(lái)設(shè)計(jì)三維的展開(kāi)數(shù)模。

零件生產(chǎn)廠根據(jù)三維展開(kāi)數(shù)模編程，數(shù)控銑切出平板零件，之后平板零件在到鈑金廠成形，如果成形后的零件不符合工程數(shù)據(jù)集的尺寸要求，鈑金廠則根據(jù)模胎上的劃線向展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)單位提供該零件的展開(kāi)件數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)單位則將展開(kāi)件數(shù)據(jù)掃描到計(jì)算機(jī)內(nèi)，再根據(jù)展開(kāi)件掃描數(shù)據(jù)，重新設(shè)計(jì)展開(kāi)數(shù)模，此過(guò)程循環(huán)往復(fù)，直至零件成形后符合飛機(jī)實(shí)際裝配的精度要求。

下面以飛機(jī)座艙前壓板零件為例，針對(duì)壓板類(lèi)零件外形較窄、銑切區(qū)形狀復(fù)雜、材料較薄、強(qiáng)度也較差、成形曲度大等特點(diǎn)，基于MBD技術(shù)，改進(jìn)展開(kāi)數(shù)模校正的流程，可以更好的解決軍機(jī)生產(chǎn)中遇到的難題。

2 減小曲面和銑切區(qū)邊緣線展開(kāi)的誤差

2.1 情況說(shuō)明

運(yùn)用CATIA V5軟件的展開(kāi)功能，將零件曲面及銑切區(qū)邊緣線延展成在平面的二維數(shù)據(jù)，由于座艙處飛機(jī)理論外緣曲度較大，展開(kāi)的曲面及銑切區(qū)邊緣線失真嚴(yán)重，所產(chǎn)生的誤差較大。飛機(jī)座艙前壓板零件的工程數(shù)據(jù)集實(shí)體，如圖2所示。

2.2 解決方案

由于飛機(jī)座艙壓板零件左右形狀對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，在工程數(shù)據(jù)集中，根據(jù)飛機(jī)對(duì)稱(chēng)軸線將壓板零件進(jìn)行分割，保留其分割的一部分進(jìn)行曲面及銑切區(qū)邊緣的展開(kāi)。如果銑切區(qū)邊緣線在展開(kāi)的過(guò)程中依然失真嚴(yán)重，則只展開(kāi)曲面，等到零件展開(kāi)后的輪廓線，將展開(kāi)后的平面輪廓線提取，用草圖拉伸零件實(shí)體的厚度，在拉伸出實(shí)體后，對(duì)工程數(shù)據(jù)集中零件實(shí)體的銑切區(qū)尺寸進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量所得出的銑切區(qū)尺寸在之前拉伸的實(shí)體上進(jìn)行偏移，并進(jìn)行分割修剪，以至展開(kāi)數(shù)模中的所建實(shí)體符合工程數(shù)據(jù)尺寸要求，最后將所建實(shí)體關(guān)于分割面進(jìn)行鏡像，得出最終的展開(kāi)數(shù)模。

3 減少展開(kāi)校正的次數(shù)

3.1 情況說(shuō)明

由于鈑金廠工人的成形手法及成形方向每一次都不盡相同，即使是根據(jù)展開(kāi)件的掃描數(shù)據(jù)所設(shè)計(jì)的展開(kāi)數(shù)模，也無(wú)法保證零件可以精準(zhǔn)成形，所以展開(kāi)校正的此數(shù)往往是多次的；另外，展開(kāi)件的情況也基本和零件成形的情況大致相同，操作的工人不同，成形的手法不一，所以當(dāng)前的展開(kāi)件數(shù)據(jù)同上一次提供的展開(kāi)件數(shù)據(jù)相比，并非是更加的完善，成形的情況無(wú)法預(yù)料，事實(shí)上，鈑金廠工人每提供一次展開(kāi)件數(shù)據(jù)就相當(dāng)于零件的加工過(guò)程重新開(kāi)始一次，校正過(guò)程成為一個(gè)循環(huán)反復(fù)的過(guò)程。

3.2 解決方案

展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)部門(mén)在最初運(yùn)用CATIA V5軟件的展開(kāi)功能展開(kāi)曲面之后，應(yīng)將所得出的二維展開(kāi)數(shù)據(jù)畫(huà)成膠版與鈑金廠模胎胎線相對(duì)照；如果膠版的彎曲情況無(wú)法替代零件材料成形時(shí)的收放料的實(shí)際情況，則可以請(qǐng)鈑金廠工藝員協(xié)助，讓鈑金廠工藝員根據(jù)此二維展開(kāi)數(shù)據(jù)先對(duì)此零件下料，再在模胎上成形，與胎線對(duì)照，將相差之處記錄下來(lái)，向展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)部門(mén)反饋，設(shè)計(jì)部門(mén)根據(jù)反饋情況更改二維展開(kāi)數(shù)據(jù)，反復(fù)與模胎胎線對(duì)照，待二維展開(kāi)數(shù)據(jù)逐步完善之后，再設(shè)計(jì)三維展開(kāi)數(shù)模，向零件加工廠提供高精度的三維展開(kāi)數(shù)模，以至順利的成形，交付。改進(jìn)后座艙壓板零件加工基本流程，如圖3所示。

如果運(yùn)用CATIA V5軟件的展開(kāi)功能展開(kāi)曲面所得到的二維數(shù)據(jù)與模胎胎線對(duì)照結(jié)果無(wú)法作為更改依據(jù)，此二維展開(kāi)數(shù)據(jù)失真嚴(yán)重?zé)o更改的必要，鈑金廠工人則提供展開(kāi)件數(shù)據(jù)，根據(jù)展開(kāi)件數(shù)據(jù)掃描所得到的二維展開(kāi)數(shù)據(jù)再與模胎相對(duì)照，直至二維展開(kāi)數(shù)據(jù)完善。

4 修正展開(kāi)件掃描數(shù)據(jù)的精度

4.1 情況說(shuō)明

運(yùn)用CATIA V5軟件的展開(kāi)功能展開(kāi)的曲面所設(shè)計(jì)的展開(kāi)數(shù)模，投入零件生產(chǎn)，所加工的平板零件在鈑金廠成形后往往是無(wú)法達(dá)到工程數(shù)據(jù)集中的尺寸要求，因此鈑金廠的工人則要參考此零件及工裝模胎上的胎線，為設(shè)計(jì)展開(kāi)數(shù)模部門(mén)提供展開(kāi)件數(shù)據(jù)。

由于飛機(jī)座艙壓板類(lèi)零件材料薄、強(qiáng)度差的特點(diǎn)，鈑金廠工人所提供的展開(kāi)件邊緣線粗糙，并偶爾出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)掃描儀掃描之后，所得到的二維展開(kāi)數(shù)據(jù)集邊緣線退化元素較多，甚至產(chǎn)生缺口。

4.2 解決方案

運(yùn)用AUTO CAD軟件，將展開(kāi)件掃描數(shù)據(jù)所生成的二維展開(kāi)數(shù)據(jù)集進(jìn)行修復(fù)，將邊緣線修復(fù)成圓滑的過(guò)渡曲線，刪除退化元素，之后逐一檢查二維數(shù)據(jù)的連通性。

在對(duì)二維數(shù)據(jù)集進(jìn)行修復(fù)的整個(gè)過(guò)程中，要在保證在公差范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上，本著線條向零件邊緣向外擴(kuò)展的修復(fù)原則，防止在修復(fù)的過(guò)程中將二維展開(kāi)數(shù)據(jù)的尺寸縮小，而導(dǎo)致零件在后續(xù)的生產(chǎn)中下料不足使零件報(bào)廢的情況發(fā)生。

在運(yùn)用CATIA V5軟件構(gòu)件草圖拉伸實(shí)體厚度之前，先將導(dǎo)入的二維展開(kāi)數(shù)據(jù)線條光順，以保證在后續(xù)的設(shè)計(jì)展開(kāi)數(shù)模中銑切區(qū)邊緣線及按尺寸偏移邊線操作的順利進(jìn)行，并且保證構(gòu)建展開(kāi)數(shù)模實(shí)體的表面粗糙度符合實(shí)際生產(chǎn)時(shí)數(shù)控編程的工藝要求。

4.3 注意事項(xiàng)

①在對(duì)二維展開(kāi)數(shù)據(jù)修復(fù)的過(guò)程中，為防止掃描數(shù)據(jù)的偏差，將二維展開(kāi)數(shù)據(jù)邊緣線線輪廓整體向外偏移0.3 mm，以保證零件生產(chǎn)中下料的足夠程度，防止下料偏小而導(dǎo)致的零件報(bào)廢。

②在刪除退化元素的過(guò)程中，首先要使用AUTO CAD軟件中的“分解”功能，以保證退化元素完全被刪除、修復(fù)。另外，零件經(jīng)過(guò)數(shù)控加工生產(chǎn)之后，需要使用外形（展）樣板對(duì)加工出的平板零件進(jìn)行驗(yàn)證，在制作外形（展）樣板時(shí)，激光切割程序中如存在連續(xù)的長(zhǎng)度<1 mm的碎線時(shí)，切割容易出現(xiàn)燒損，所以在修復(fù)過(guò)程中，要將連續(xù)的長(zhǎng)度<1 mm的碎線做相應(yīng)的處理，同時(shí)也為后續(xù)的光順操作提供便利的保障。

③使用展開(kāi)件掃描數(shù)據(jù)所設(shè)計(jì)的展開(kāi)數(shù)模，銑切區(qū)的確定需要根據(jù)測(cè)量工程數(shù)據(jù)集所知的尺寸對(duì)邊緣線進(jìn)行偏移，但是展開(kāi)件數(shù)據(jù)往往是帶有一部分的工藝余量，略大于工程數(shù)據(jù)集中的尺寸，在這種情況下，對(duì)于銑切區(qū)尺寸的處理方法則是符合工程數(shù)據(jù)集尺寸即可，將余量部分保證在無(wú)銑切區(qū)處，以保證裝配過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題則還銼修的余地，避免產(chǎn)生零件尺寸不足而導(dǎo)致的零件直接報(bào)廢。

5 結(jié) 論

當(dāng)前MBD技術(shù)大量應(yīng)用于飛機(jī)的制造過(guò)程中，對(duì)于工藝設(shè)計(jì)，二維工藝規(guī)劃方法不能直接利用全數(shù)字化MBD模型，如何能夠靈活的解決飛機(jī)座艙壓板零件在生產(chǎn)加工過(guò)程中出現(xiàn)的不同問(wèn)題，能將數(shù)字化技術(shù)當(dāng)下的生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，并得到廣泛的應(yīng)用，是整個(gè)行業(yè)不斷探索的重要內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1] 范玉青.現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.