高精度關重零件MBD建模技巧

方靜

摘 要：隨著MBD、數控技術在科研生產中的深入應用，產品的數學模型已經成為飛機互換協調的主要數據源頭，如何使零件產品數模的設計更加完善，更加符合生產需求，是數模設計者不斷思考、探索的課題。尤其是高精度的關重零件具備協調、配合的關鍵重要特性，在數模的設計過程中，不但要滿足其設計特性，還要滿足工藝特性，這樣才能生產出來優質產品。文章介紹了高精度的關重零件建模的一些技巧。

關鍵詞：關重；設計特性；工藝特性；互換協調

引言

數學模型的質量好壞直接影響產品質量，完美的數學模型會使得零件的互換協調性、零件的加工和裝配精度都非常高。MBD技術深入普及之后，在零件生產過程中一些問題也陸續暴露出來，加工者經常會發現數學模型的工藝性能不好，設計方案不符合零件制造工藝或現場環境等情況。其主要原因是設計工程師和制造工程師缺乏溝通，設計方案不符合制造工藝或現場環境。制造部門因為趕進度常常主觀地修改設計，大大降低了產品質量。另外，制造部門也有可能把問題退回給設計部門，然后來回協調，拖延了進度。

因此，必須從源頭——數學模型著手，通過解決數學模型的設計質量，提高三維數學模型的設計特性和工藝特性，避免不必要的協調時間。此外，制造部門通過尋求新的制造工藝，采用先進制造技術，引進自動化設備等手段，提高零件加工質量和生產效率，改進生產率。

1 充分做好前期工作，保證建模質量

1.1 理解圖紙

我們在建模工作之初，必須看懂圖樣。對圖樣中的技術要求、性能尺寸、裝配尺寸、安裝尺寸、外形尺寸做到深刻理解。使用圖紙的方法步驟如下：

（1）先看標題欄，初略了解零件看標題欄，了解零件的名稱，材料，數量比例等，從而大體了解零件的功能。

（2）分析研究視圖，明確表達目的。看主視圖，俯視圖，左視圖，局部視圖，剖視圖等，從而弄清個視圖的關系及其表達目的。

（3）深入分析視圖，想象結構形狀。分析所有尺寸，弄清尺寸要求根據零件的結構特點，設計和制造工藝要求，找出尺寸基準，明確尺寸種類標主形式。找出影響性能的功能尺寸。

（4）分析技術要求，綜合看懂全圖。主要分析零件的表面粗槽度，尺寸公差和形位公差要求。要先弄清配合面或主要加工面的加工精度要求，了解其代號含義，再分析其余加工面和非加工面的相應要求，了解零件加工工藝特點和功能要求，然后了解分析零件的材料熱處理，表面處理或修飾，檢驗等其他技術要求。

1.2 規范建模過程

習慣決定成敗。一名優秀的設計員一定在平時的工作中規范自己的設計過程，養成良好的建模習慣。在建模之出就建立相關的幾何圖形集，并將幾何圖形集按照建模要求和零件特征進行合理命名。這樣才能做到思路清晰，結構樹合理，遇到大型數模設計時更新元素快速可循，節約建模時間及保證數模質量。

2 建模技巧

2.1 優化基礎曲面

當對于腹板面為曲面，曲率非常小的零件，如果設計人員對零件制造工藝環節不熟悉，缺乏必要的工藝知識，嚴格按照曲面設計數學模型，那么數學模型的工藝性能就很不好。在零件生產過程中，數控加工廠工藝員在數控編程結束后，將進行虛擬走刀仿真，查看是否有切傷及多料現象。一般來說，用曲面生成的模型都會有切傷或多料處，分別顯示紅色和藍色。因此，對于曲面撓度小于0.5的零件，腹板面完全可以按照平面設計，這樣既不會影響產品的裝配質量也不會給零件加工造成困難。

2.2 合理選擇命令模塊

在CATIA設計環境下，不同的命令模塊都能生成同樣效果的曲面或實體，但是數模的工藝性卻大相徑庭。因此，在建模過程中，在二維生成三維過程中選擇命令不合適，也會導致數學模型的工藝性能不好。在曲面展開后，針對應用unfold命令展開的曲面，在進行展開數模創建時有兩種方案生成數模：方案一、按展開后平曲面直接按曲面增厚形式生成腹板面；方案二、將展開后的平面外緣提出，用草圖拉伸壁板實體的厚度。經過生產實際對比，采用方案二生成的實體曲面品質更好，同時也便于數控編程。

2.3 關重尺寸把握到位

在飛機生產中，有很多重要結構件，比如：框、梁、肋、骨架等，是飛機的主要承力部件，該類零件對于關鍵部位的尺寸精度、位置精度、形位公差等要求很高，只有懂得裝配、機加熱處理等專業知識、加工要點、工藝規程，才能設計出面向設計的三維數學模型，保證產品質量。

首先，在草圖的設計過程中要考慮并保證關鍵尺寸，確保不出現關鍵尺寸沒有完全約束或過約束的現象出現。其次，為了保證數模的工藝性注釋內容必須清晰、正確，將尺寸公差、形位公差、基準面等關重因素在數模中通過三維注釋表達清楚。最后，做好數模的裝配干涉檢查，每一個零件不是孤立存在的，都需要有裝配協調關系，將相關的零部件數模利用CATProduct模塊進行裝配干涉檢查，確保零件的互換協調。

2.4 數模的倒角問題

到了倒角這一步可以說是整個設計的收口工作，倒角質量也是影響整體數模工藝性的關鍵因素，規避設計陋習，優化倒角順序才能保證數模質量好，數控編程會非常順暢。

首先，一般來講對數模整體，應遵循先四周再底面的倒角原則，即先處理垂直于腹板面的倒角，再處理平行腹板面的倒角。很多時候設計員會發現很多零件數學模型工藝上無法實現，這很大程度上是由于倒角次序不同生產的。如果先進行平行于腹板面的倒角，再進行垂直于腹板面的倒角，零件形狀就會失真，這個時候要考慮改變倒角順序了。

另外，對于臺階高度小于倒角半徑的部位，需要選擇臺階棱線作為限保留元素以保證倒角成功。如果出現對在一個面上相互平行、高度不同的棱線進行倒角情況時，必須按照從高往低倒角的原則，避免出現由于臺階高度不夠導致命令無法實現。

最后，強調幾個細節：連續的底角構成的封閉區域內無通孔時，選擇底面比選擇棱線更為方便；同一類型的倒角可以采用一次命令設計，但在腹板兩側的倒角應分成兩次操作；一個倒角操作中選取的倒角邊不應超過20個，避免運算量太大，影響后期更改維護。

3 結束語

MBD技術大大地推進了飛機設計、制造的經度和效率，但是任何技術創新都需要，技術人員不斷更新設計思路，開拓新技術，在設計之初充分考慮數模的工藝性，會減少設計的重復設計更改，提高零件的制造精度和生產周期。

參考文獻

[1]范玉青.現代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[2]中航工業沈飛制造工程部.工藝員手冊第二分冊模線樣板及制造數據設計管理[Z].沈陽飛機工業（集團）有限責任，公司內部資料，2013.