基于NX的試驗(yàn)工裝三維自頂向下設(shè)計(jì)方法研究

楊博，呂頌，王小蒙，沈躍

（中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽(yáng)110015）

1 引言

智能設(shè)計(jì)是現(xiàn)代化設(shè)計(jì)與制造的突出特點(diǎn)，與傳統(tǒng)CAD理念的重要區(qū)別是其完全基于自頂向下的正向設(shè)計(jì)過(guò)程。所謂自頂向下設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在裝配環(huán)境中進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)，通過(guò)定義零件之間的相互關(guān)聯(lián)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)零件內(nèi)部和零部件之間全部相關(guān)參數(shù)的修改，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，同時(shí)還可以降低成本[1～3]。在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用據(jù)調(diào)查最早開(kāi)始于十幾年前，并且在艦船、兵器及工程機(jī)械的各個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用[4～6]，而在航空航天，特別是試驗(yàn)驗(yàn)證領(lǐng)域的應(yīng)用卻鮮有報(bào)道。本文將自頂向下的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于試驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)，填補(bǔ)了相關(guān)科研領(lǐng)域的空白。

2 三維自頂向下設(shè)計(jì)方法

三維自頂向下設(shè)計(jì)是通過(guò)建立頂層設(shè)計(jì)方案規(guī)劃，并逐級(jí)向下傳遞，作為下一級(jí)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)方法，使整體設(shè)計(jì)方案最終形成一條完美的閉環(huán)鏈條。該方法通過(guò)定義總體與部件、部件與零件及總體與零件間的相互關(guān)聯(lián)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)總體與部件、部件與部件、部件與零件及零件與零件之間的重要特征參數(shù)聯(lián)動(dòng)。具體功能主要通過(guò)wave部件間鏈接器實(shí)現(xiàn)。

以航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪冷卻效果試驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)為例，自頂向下依次為總體層（950總圖），部件層（試驗(yàn)件、801轉(zhuǎn)接段、802試驗(yàn)段、803排氣段及804采用3D打印工藝的集氣盒組件），零件層（每個(gè)部件下羅列了相關(guān)重要零件從001前支板到026右陪襯件導(dǎo)流盒）。建模時(shí)，首先建立950總圖，接著在其裝配模塊下插入給定的試驗(yàn)件模型，并新建部件801～804，所有部件均采用試驗(yàn)件模型的基準(zhǔn)，然后依次在各個(gè)部件裝配模塊下新建相應(yīng)的零件模型001～026。至此三維自頂向下設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型骨架已搭載完成。

這一部分工作內(nèi)容主要關(guān)注自頂向下設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的搭建及所有模型零部件基準(zhǔn)的統(tǒng)一。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)的基本流程

進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的重點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容就是用wave部件間連接器創(chuàng)建各模型間的重要特征尺寸關(guān)聯(lián)，以航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪冷卻效果試驗(yàn)工裝的詳細(xì)設(shè)計(jì)為例，如圖1所示。首先需要對(duì)001前支板進(jìn)行建模，接著利用wave部件間鏈接器傳遞特征參數(shù)下緣板弧長(zhǎng)、半徑及厚度對(duì)002前支板支撐條進(jìn)行建模，同樣的方法建立003后支板及004后支板支撐條。接著通過(guò)傳遞葉柵截面重要特征尺寸及進(jìn)氣角建立005試驗(yàn)段進(jìn)口內(nèi)套，建立006試驗(yàn)段進(jìn)口外套依托的重要特征參數(shù)為葉柵截面尺寸、進(jìn)氣角及試驗(yàn)段進(jìn)口內(nèi)套的長(zhǎng)度，同樣方法建立007試驗(yàn)段出口內(nèi)套及008試驗(yàn)段出口外套。然后根據(jù)前支板與后支板的重要特征參數(shù)傳遞依次創(chuàng)建009頂板、010底板、011左側(cè)板及012右側(cè)板。最后創(chuàng)建013試驗(yàn)段進(jìn)口法蘭和014試驗(yàn)段出口法蘭，他們的特征參數(shù)傳遞母體分別為001前支板、005試驗(yàn)段進(jìn)口內(nèi)套、006試驗(yàn)段進(jìn)口外套及003后支板、007試驗(yàn)段出口內(nèi)套、008試驗(yàn)段出口外套。至此802試驗(yàn)段部件下的重要零件基本創(chuàng)建完成，依照同樣的方法可以創(chuàng)建另外3個(gè)部件下的零件，這里不再贅述。在詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中重要特征參數(shù)均進(jìn)行參數(shù)化變量命名，方便后期模型適應(yīng)性調(diào)整。

圖1航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪冷卻效果試驗(yàn)工裝詳細(xì)設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

這一部分工作內(nèi)容主要關(guān)注wave部件間鏈接器的使用及參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，由此可見(jiàn)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵因素主要有4點(diǎn)，如圖2所示，分別為自頂向下設(shè)計(jì)框架的搭建，全模型基準(zhǔn)的統(tǒng)一設(shè)定，重要特征尺寸參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用及wave部件間鏈接器的使用。

圖2試驗(yàn)工裝自頂向下設(shè)計(jì)方法關(guān)鍵因素魚(yú)骨圖

4 在試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

以某航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪工作葉片冷卻效果試驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)為例，應(yīng)用上述三維自頂向下設(shè)計(jì)方法，首先建立設(shè)計(jì)框架。設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)焊接工藝處理的結(jié)構(gòu)件均施加了固定約束，對(duì)有拆裝要求的緊固類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)件根據(jù)實(shí)際情況添加了相應(yīng)的約束。

最終設(shè)計(jì)完成如圖3所示，從圖中可以看出，應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)出的模型干凈、清爽不冗繁且易修改，達(dá)到了預(yù)期的研究目標(biāo)。

圖3工作葉片試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)成品

5 結(jié)論

文中對(duì)基于NX的自頂向下設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較為詳盡的研究，得到結(jié)論如下：

1）將設(shè)計(jì)過(guò)程區(qū)分為框架搭建及詳細(xì)設(shè)計(jì)2個(gè)部分，總結(jié)出該方法應(yīng)用過(guò)程中的4個(gè)關(guān)鍵因素；

2）將該設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到試驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，得到了較好的設(shè)計(jì)產(chǎn)品；

3）該設(shè)計(jì)方法對(duì)其他復(fù)雜模型組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣具有較強(qiáng)的參考意義。