飛機座艙壓板類零件展開數(shù)模設計方法探索

摘 要：飛機座艙壓板類零件具有外形較窄、材料較薄、強度也較差、銑切區(qū)形狀復雜、成形曲度大等特點，在制造的過程中，展開數(shù)模的設計成為零件加工的關鍵環(huán)節(jié)。文章以飛機座艙前壓板零件為例，介紹基于MBD技術條件下飛機座艙壓板類零件面向制造的展開數(shù)模設計、校正方法，論述了具體的解決方案，提出了展開數(shù)模的設計方法，解決了飛機座艙類零件在加工中反復校正展開件數(shù)據(jù)的問題。

關鍵詞：展開數(shù)模；二維展開數(shù)據(jù)；工程數(shù)據(jù)集；展開件數(shù)據(jù)

中圖分類號：V260；TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0018-02

1 概 述

設計所設計的飛機座艙壓板類零件三維工程數(shù)據(jù)集都是基于飛機理論外緣的高曲度模型，在實際生產加工的過程中，需要展開成為三坐標加工的平面數(shù)模，便于數(shù)控加工，之后再成型。

隨著MBD技術在國內外軍民機生產中的普遍應用，使得飛機零件的加工及裝配精度都非常高，各零、組部件的互換協(xié)調性也大幅度的提高，展開數(shù)模作為飛機數(shù)字化生產的首道工序，設計精準的展開數(shù)模成為了整個零件生產的關鍵環(huán)節(jié)，關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。

設計高精度的展開數(shù)模直至零件交付到裝配部門是一個復雜及漫長的過程，需要經過反復的展開校正，基本流程，如圖1所示，起初利用CATIA V5軟件的展開功能將壓板類零件的曲面及銑切區(qū)邊緣線一并展開，形成二維展開數(shù)據(jù)，根據(jù)二維展開數(shù)據(jù)及參考零件的三維工程數(shù)據(jù)集的實際和裝配部門來設計三維的展開數(shù)模。

零件生產廠根據(jù)三維展開數(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數(shù)模設計單位提供該零件的展開件數(shù)據(jù)，設計單位則將展開件數(shù)據(jù)掃描到計算機內，再根據(jù)展開件掃描數(shù)據(jù)，重新設計展開數(shù)模，此過程循環(huán)往復，直至零件成形后符合飛機實際裝配的精度要求。

下面以飛機座艙前壓板零件為例，針對壓板類零件外形較窄、銑切區(qū)形狀復雜、材料較薄、強度也較差、成形曲度大等特點，基于MBD技術，改進展開數(shù)模校正的流程，可以更好的解決軍機生產中遇到的難題。

2 減小曲面和銑切區(qū)邊緣線展開的誤差

2.1 情況說明

運用CATIA V5軟件的展開功能，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)，由于座艙處飛機理論外緣曲度較大，展開的曲面及銑切區(qū)邊緣線失真嚴重，所產生的誤差較大。飛機座艙前壓板零件的工程數(shù)據(jù)集實體，如圖2所示。

2.2 解決方案

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

3 減少展開校正的次數(shù)

3.1 情況說明

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)展開件的掃描數(shù)據(jù)所設計的展開數(shù)模，也無法保證零件可以精準成形，所以展開校正的此數(shù)往往是多次的；另外，展開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，所以當前的展開件數(shù)據(jù)同上一次提供的展開件數(shù)據(jù)相比，并非是更加的完善，成形的情況無法預料，事實上，鈑金廠工人每提供一次展開件數(shù)據(jù)就相當于零件的加工過程重新開始一次，校正過程成為一個循環(huán)反復的過程。

3.2 解決方案

展開數(shù)模設計部門在最初運用CATIA V5軟件的展開功能展開曲面之后，應將所得出的二維展開數(shù)據(jù)畫成膠版與鈑金廠模胎胎線相對照；如果膠版的彎曲情況無法替代零件材料成形時的收放料的實際情況，則可以請鈑金廠工藝員協(xié)助，讓鈑金廠工藝員根據(jù)此二維展開數(shù)據(jù)先對此零件下料，再在模胎上成形，與胎線對照，將相差之處記錄下來，向展開數(shù)模設計部門反饋，設計部門根據(jù)反饋情況更改二維展開數(shù)據(jù)，反復與模胎胎線對照，待二維展開數(shù)據(jù)逐步完善之后，再設計三維展開數(shù)模，向零件加工廠提供高精度的三維展開數(shù)模，以至順利的成形，交付。改進后座艙壓板零件加工基本流程，如圖3所示。

如果運用CATIA V5軟件的展開功能展開曲面所得到的二維數(shù)據(jù)與模胎胎線對照結果無法作為更改依據(jù)，此二維展開數(shù)據(jù)失真嚴重無更改的必要，鈑金廠工人則提供展開件數(shù)據(jù)，根據(jù)展開件數(shù)據(jù)掃描所得到的二維展開數(shù)據(jù)再與模胎相對照，直至二維展開數(shù)據(jù)完善。

4 修正展開件掃描數(shù)據(jù)的精度

4.1 情況說明

運用CATIA V5軟件的展開功能展開的曲面所設計的展開數(shù)模，投入零件生產，所加工的平板零件在鈑金廠成形后往往是無法達到工程數(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，為設計展開數(shù)模部門提供展開件數(shù)據(jù)。

由于飛機座艙壓板類零件材料薄、強度差的特點，鈑金廠工人所提供的展開件邊緣線粗糙，并偶爾出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，經過掃描儀掃描之后，所得到的二維展開數(shù)據(jù)集邊緣線退化元素較多，甚至產生缺口。

4.2 解決方案

運用AUTO CAD軟件，將展開件掃描數(shù)據(jù)所生成的二維展開數(shù)據(jù)集進行修復，將邊緣線修復成圓滑的過渡曲線，刪除退化元素，之后逐一檢查二維數(shù)據(jù)的連通性。

在對二維數(shù)據(jù)集進行修復的整個過程中，要在保證在公差范圍內的基礎上，本著線條向零件邊緣向外擴展的修復原則，防止在修復的過程中將二維展開數(shù)據(jù)的尺寸縮小，而導致零件在后續(xù)的生產中下料不足使零件報廢的情況發(fā)生。

在運用CATIA V5軟件構件草圖拉伸實體厚度之前，先將導入的二維展開數(shù)據(jù)線條光順，以保證在后續(xù)的設計展開數(shù)模中銑切區(qū)邊緣線及按尺寸偏移邊線操作的順利進行，并且保證構建展開數(shù)模實體的表面粗糙度符合實際生產時數(shù)控編程的工藝要求。

4.3 注意事項

①在對二維展開數(shù)據(jù)修復的過程中，為防止掃描數(shù)據(jù)的偏差，將二維展開數(shù)據(jù)邊緣線線輪廓整體向外偏移0.3 mm，以保證零件生產中下料的足夠程度，防止下料偏小而導致的零件報廢。

②在刪除退化元素的過程中，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。另外，零件經過數(shù)控加工生產之后，需要使用外形（展）樣板對加工出的平板零件進行驗證，在制作外形（展）樣板時，激光切割程序中如存在連續(xù)的長度<1 mm的碎線時，切割容易出現(xiàn)燒損，所以在修復過程中，要將連續(xù)的長度<1 mm的碎線做相應的處理，同時也為后續(xù)的光順操作提供便利的保障。

③使用展開件掃描數(shù)據(jù)所設計的展開數(shù)模，銑切區(qū)的確定需要根據(jù)測量工程數(shù)據(jù)集所知的尺寸對邊緣線進行偏移，但是展開件數(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銑切區(qū)處，以保證裝配過程中出現(xiàn)問題則還銼修的余地，避免產生零件尺寸不足而導致的零件直接報廢。

5 結 論

當前MBD技術大量應用于飛機的制造過程中，對于工藝設計，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座艙壓板零件在生產加工過程中出現(xiàn)的不同問題，能將數(shù)字化技術當下的生產實際相結合，并得到廣泛的應用，是整個行業(yè)不斷探索的重要內容。

參考文獻

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