復(fù)雜零件在裝配模塊下的擬合方法

摘 要：隨著飛機(jī)技術(shù)性能的不斷提高和數(shù)控加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)控零件的數(shù)量在不斷增多，尤其是大型整體結(jié)構(gòu)件的增加更為顯著。大型整體結(jié)構(gòu)件往往都是由理論外緣、交點(diǎn)孔、結(jié)合槽口和各種異型切面組合而成的復(fù)雜組合體，具有體積較大，鑄件毛料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，毛料成本、加工成本高的特點(diǎn)。在數(shù)控加工準(zhǔn)備階段，為了確定加工原點(diǎn)，需要測(cè)量出毛料件在各個(gè)位置上的余量。傳統(tǒng)的手工測(cè)量不但測(cè)量周期長(zhǎng)，工作量大，且測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。在面對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的毛料時(shí)，手工測(cè)量只能照顧到關(guān)鍵位置的尺寸，容易忽略零件上的筋條等細(xì)小結(jié)構(gòu)，加工時(shí)往往由于一個(gè)小的誤差就會(huì)導(dǎo)致零件的報(bào)廢，造成較大的損失。通過(guò)掃描得到的數(shù)據(jù)，其空間坐標(biāo)系與飛機(jī)坐標(biāo)系并不一致，需要進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械加工類(lèi)零件，通過(guò)CATIA數(shù)字化外形編輯器中的Clouds Aligning命令已經(jīng)不能滿足比對(duì)要求。而利用CATIA裝配模塊的幾種約束和移動(dòng)方式，可以將掃描數(shù)據(jù)移動(dòng)到零件數(shù)模近似的對(duì)應(yīng)位置，作為比對(duì)分析的一種方法，為數(shù)控單元的零件加工提供近似依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；整體結(jié)構(gòu)件；逆向?qū)Ρ?；外形編輯?/p>

1 設(shè)計(jì)思路

用逆向工程的非接觸式測(cè)量技術(shù)，結(jié)合CATIA軟件，采用數(shù)字化的方式，將毛料的掃描數(shù)據(jù)與零件數(shù)模進(jìn)行全方位的比對(duì)，得到毛料與零件的最佳相對(duì)位置，以確定毛料與零件在各個(gè)方向、位置上的差值，從而確定最優(yōu)的加工原點(diǎn)。逆向工程可以迅速、精確、方便地獲取毛料的三維數(shù)據(jù)及模型，為產(chǎn)品制造提供原始數(shù)據(jù)。使用CATIA進(jìn)行數(shù)字化對(duì)比，可以任意調(diào)整毛料與零件數(shù)模的相對(duì)位置，快速準(zhǔn)確的測(cè)量出各個(gè)位置的差值。運(yùn)用此方法，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以有效的提高成品率，節(jié)約大量本。首先確定基準(zhǔn)特征，在掃描數(shù)據(jù)內(nèi)提取基準(zhǔn)特征，與理論模型進(jìn)行約束，而后將點(diǎn)云通過(guò)移動(dòng)旋轉(zhuǎn)等命令與理論數(shù)模擬合，最后將擬合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量與分析。

2 設(shè)計(jì)方法

2.1 近似基準(zhǔn)的確定

在逆向?qū)Ρ冗^(guò)程中，首先需要確定對(duì)齊采用的近似基準(zhǔn)。近似基準(zhǔn)是對(duì)比過(guò)程中的重要因素，可以快速的對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行近似定位。

2.1.1 近似基準(zhǔn)的確定原則

近似基準(zhǔn)的確定主要由零件的幾何特征決定，對(duì)于一般有明顯特征的零件，或由數(shù)控加工廠提出（已經(jīng)加工好的銑切面，或毛料某處與真實(shí)零件的余量），基準(zhǔn)一般由一個(gè)平面和一個(gè)點(diǎn)組成，近似基準(zhǔn)的作用是最快速的將點(diǎn)云定位，為之后的手工微調(diào)打下基礎(chǔ)。

2.1.2 近似基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)工作在QSR模塊下進(jìn)行?；鶞?zhǔn)面的設(shè)計(jì)通過(guò)一次基本特征識(shí)別命令就可以得到。而基準(zhǔn)點(diǎn)只要在點(diǎn)云上直接建立即可。圖1中為一較復(fù)雜零件，此零件有兩個(gè)明顯的近似平面，故可任意選取其中一個(gè)平面為基準(zhǔn)平面，另再選取一點(diǎn)作為擬合的基準(zhǔn)點(diǎn)。

2.1.3 坐標(biāo)系擬合

裝配模塊下的坐標(biāo)系擬合，主要通過(guò)裝配約束命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常情況應(yīng)分別對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面進(jìn)行距離約束。

在CATIA裝配模塊下，使用“約束”工具欄下的“偏移約束”，先選擇掃描數(shù)據(jù)中設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)點(diǎn)，再選擇零件模型中的基準(zhǔn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的平面，彈出對(duì)話框，將約束距離數(shù)值設(shè)置為0，確定。

在結(jié)構(gòu)樹(shù)上，找到“偏移約束”的位置，右擊選擇“更新”后，掃描數(shù)據(jù)移動(dòng)到新位置。

用同樣的方法，可以將基準(zhǔn)面進(jìn)行約束。得到結(jié)果如圖2。

有時(shí)僅選用單個(gè)基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)點(diǎn)并不能達(dá)到近似擬合的效果，可多添加幾個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)行約束，以達(dá)到最好的近似擬合效果。

2.2 手動(dòng)調(diào)節(jié)

近似擬合后的零件并不能滿足測(cè)量和分析的需要，需要手動(dòng)微調(diào)以達(dá)到點(diǎn)云與零件的最佳擬合狀態(tài)。

2.2.1 確立主要視圖

一般情況下，被擬合零件的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要確立主要視圖（圖3），找出有偏差的部位。移動(dòng)點(diǎn)云的過(guò)程中，要先保證主要視圖的對(duì)齊，滿足主要視圖重合的前提下，再保證零件的筋條、下陷等部位的重合。

2.2.2 點(diǎn)云的移動(dòng)

點(diǎn)云的手動(dòng)移動(dòng)在裝配模塊下進(jìn)行，主要使用的是“移動(dòng)”工具欄下的“操作”命令。

在手動(dòng)微調(diào)的過(guò)程中主要使用“按任意軸移動(dòng)”命令和“按任意軸轉(zhuǎn)動(dòng)”命令。首先觀察點(diǎn)云與零件數(shù)模的相對(duì)位置，使用“按任意軸移動(dòng)”命令，在零件上選擇移動(dòng)軸線（也可自行在草圖中建立軸線），點(diǎn)擊點(diǎn)云，沿圖4中箭頭方向拖動(dòng)點(diǎn)云，拖動(dòng)過(guò)程要盡量慢，行程要盡量短，使點(diǎn)云與零件位置更加接近。

繼續(xù)觀察零件與點(diǎn)云的相對(duì)位置，找出不重合部分，使用“按任意軸轉(zhuǎn)動(dòng)”命令，在零件上選擇適合的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，點(diǎn)擊點(diǎn)云，按契合方向轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)云。在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，也要做到“盡量慢，盡量緩”，以免轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)度。

依照如上方法，依次對(duì)齊幾個(gè)主要視圖，達(dá)到擬合的要求后，依次查看掃描數(shù)據(jù)的筋條、下陷等位置是否與零件數(shù)模的筋條，下陷等位置重合。如擬合度不是很高，則要繼續(xù)進(jìn)行輕微的微調(diào)，直至掃描數(shù)據(jù)與零件數(shù)模達(dá)到最佳擬合狀態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本方法適合復(fù)雜的零件與其掃描數(shù)據(jù)的對(duì)比，利用裝配模塊的移動(dòng)和約束等命令完成零件與其毛料掃描數(shù)據(jù)的對(duì)比。在后期手動(dòng)微調(diào)的過(guò)程中，比較考驗(yàn)操作人員的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)手法及耐心，往往一個(gè)擬合過(guò)程需要長(zhǎng)時(shí)間的細(xì)致的操作后才能達(dá)到最佳擬合狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王志宏（1990，10-），男，漢族，遼寧凌源，本科，助理工程師，中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司制造數(shù)據(jù)中心，研究方向：模線樣板。