樣板在MBD技術(shù)飛機裝配過程中的設(shè)計與應(yīng)用

李陽 袁峰

摘 ?要：文章探討了關(guān)于MBD模型的飛機模線樣板的設(shè)計，介紹了裝配模線設(shè)計對提高裝配協(xié)調(diào)互換的重要作用，闡述了應(yīng)用CATIA進行裝配模線設(shè)計的全過程，證明了裝配模線設(shè)計可以較好地提高樣板質(zhì)量，并且適應(yīng)新機型研制發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵詞：MBD模線樣板;裝配模線;互換協(xié)調(diào);裝配;定位

中圖分類號：V262.32 ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0001-02

1 ?概 ?述

模線樣板是飛機從設(shè)計到制造之間的橋梁，是飛機制造過程中保證各類零、組、部件尺寸協(xié)調(diào)的主要手段。CAD技術(shù)的發(fā)展，使得產(chǎn)品設(shè)計和模線設(shè)計正在逐步靠近，模線設(shè)計已可直接調(diào)用產(chǎn)品的圖形信息。解決裝配過程中的協(xié)調(diào)互換問題的其中一方面，就是提高模線樣板的設(shè)計水平，使其更好的輔助生產(chǎn)。

隨著飛機數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，在新機研制中不斷浮現(xiàn)新方法和新技術(shù)，無圖設(shè)計已經(jīng)在新機研制中嶄露頭角，直接依據(jù)三維數(shù)學(xué)模型開展工藝設(shè)計，指導(dǎo)裝配生產(chǎn)，完美地改善了協(xié)調(diào)互換性能，是未來飛機研制生產(chǎn)的趨勢。

目前研制的新機型大多采用MBD（Modle Based Definition）

技術(shù)，即基于模型的工程定義，是一個集成的三維實體模型來完整表達產(chǎn)品定義信息的方法體，它以參數(shù)形式涵蓋了產(chǎn)品尺寸、材料、設(shè)計信息、公差及其他信息。MBD技術(shù)的生產(chǎn)預(yù)示著飛機無圖時代的開始。基于MBD技術(shù)的飛機裝配生產(chǎn)協(xié)調(diào)問題，是研制生產(chǎn)部門需要重點考慮的問題。

如何發(fā)展模線樣板設(shè)計，以適應(yīng)無圖設(shè)計的主流趨勢，使模線樣板更完美地實現(xiàn)飛機生產(chǎn)裝配過程中的協(xié)調(diào)互換，是作為模線樣板設(shè)計者面臨的一道新課題。

模線設(shè)計是樣板設(shè)計的第一步，是直接將三維數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成二維圖紙的重要手段，是樣板設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。MBD技術(shù)下，不僅在一個模型中體現(xiàn)單一零件的生產(chǎn)信息，還可以在一個模型中體現(xiàn)飛機組件的裝配信息。這為設(shè)計裝配模線提供了前所未有的便利條件。

采用裝配孔定位是飛機常用三種定位方式之一，其他兩種方式分別是：工裝夾具定位和劃線定位。裝配孔，是工藝孔的一種，是裝配組合件時，用于確定零件相互位置的。采用工裝夾具定位相比，要花費較多的時間在設(shè)計工裝上，尤其是在新機研制生產(chǎn)過程中，大大地加長了研制周期。由于飛機的氣動曲面設(shè)計，劃線定位許多時候無法滿足定位要求。因此，在新機研制中較多的采用了裝配孔定位的方式。模線樣板作為鉆制裝配孔的依據(jù)，如何將裝配孔準(zhǔn)確無誤地表現(xiàn)在模線上，保證零件之間裝配協(xié)調(diào)，就需要合理地設(shè)計裝配模線。

所謂裝配模線，是指在同一模線中體現(xiàn)裝配組件之間的相對位置，并包括裝配孔等工藝信息，確保零件之間互換協(xié)調(diào)。裝配模線是結(jié)構(gòu)模線的一種，它不同于普通零件模線，其區(qū)別在于：裝配模線可以同時表示兩個或多個零件，且符合三維裝配的空間定位;普通零件模線，僅表示單一零件。采用MBD技術(shù)后，裝配信息在一個數(shù)學(xué)模型中涵蓋，大大提高了設(shè)計裝配模線的效率。

如何確定是設(shè)計零件模線還是裝配模線呢？當(dāng)零件之間由裝配孔定位時，設(shè)計模線樣板采用裝配模線，采用其他定位方式時，設(shè)計零件模線。因為，設(shè)計裝配模線相對零件模線要復(fù)雜，設(shè)計周期長，裝配組件中如果包括長生產(chǎn)周期零件，其完成進度會受到影響，進而影響整個機型的研制周期。

那么，既然設(shè)計復(fù)雜，為什么我們還要設(shè)計裝配模線呢？其實，采用單一零件模線設(shè)計，也可以體現(xiàn)裝配孔的工藝信息，但是由于以下幾種因素，使得裝配模線更顯優(yōu)勢：

首先，設(shè)計裝配模線能夠更直觀地表示零件之間的裝配關(guān)系。

其次，裝配模線提供的裝配孔位能夠保證零件之間的相互協(xié)調(diào)。

再次，提供裝配模線，能夠提高樣板的協(xié)調(diào)性。

最后，避免由于人為設(shè)計習(xí)慣，投影面取法不統(tǒng)一，導(dǎo)致裝配孔不協(xié)調(diào)，保證了樣板的設(shè)計質(zhì)量。

2 ?裝配模線的設(shè)計過程

下面以幾個設(shè)計裝配模線為例，對設(shè)計裝配模線時需要注意的問題進行闡述。

2.1 ?裝配模線投影平面的選擇

按照裝配車間提供的零件供應(yīng)狀態(tài)表，設(shè)計裝配模線時，首先要確定投影裝配模線的平面，其情況有兩種：一種是組件中所有裝配孔位于同一平面的，模線取在裝配孔所在平面或其平行平面。如圖1所示。

另一種情況是裝配孔位于兩個甚至多個平面內(nèi)，在一個平面內(nèi)無法表示完全的，選擇形狀較大的零件腹板面未投影面（通常也是部分裝配孔所在面），其他在此投影面無法表示的裝配孔，另外在其所在平面投制模線，此類零件多為角材或T型材，其兩個面與其他零件用裝配孔定位，這類零件至少要設(shè)計兩塊樣板。如圖2所示。

2.2 ?繪制裝配模線需要表示的要素

繪制裝配模線，除了要投影出組件中各零件的外形，和裝配孔、銷釘孔、余量等工藝信息以外，還需要表明零件圖號、樣板品種及編號、軸線名稱等信息。

為了適應(yīng)機型研制后期供應(yīng)狀態(tài)的更改，通常在設(shè)計裝配模線時，不僅僅表示工藝孔，對于設(shè)計提供的非工藝孔，也予以表示，以便日后更改時選用。工藝孔會在十字線上標(biāo)明工藝孔類型，而非工藝孔則僅以十字線表示。如此設(shè)計，可以省去樣板更改時重新投影和繪制模線的步驟，而且可以提高工作效率。如圖3所示。

另外，裝配模線通常表示各零件在投影面的外形，對于生產(chǎn)既需要外形又需要展開樣板的零件，將展開另行設(shè)計模線，而不是按照普通模線設(shè)計時，將外形和展開設(shè)計在一起。原因是，為了是裝配模線的線條清晰，容易理解，避免產(chǎn)生誤解。

2.3 ?應(yīng)用CATIA裝配模線的繪制

經(jīng)過分析已確定投影面和投影要素，接下來介紹裝配模線的投影過程。

首先，將要設(shè)計的組件以裝配（Product）模式在CATIA中打開，其中包括表示孔信息的文件，確定組件中零件狀態(tài)均為最新版本，且零件沒有缺漏。

其次，在Product模塊下，進入草圖編輯器，借助“投影三維元素”命令，逐個投影零件外形，及各空間點和相關(guān)軸線。投影結(jié)束后退出草圖編輯器。草圖編輯模塊投影三維元素，如圖4所示。

最后，創(chuàng)建新的繪圖窗口，并在繪圖窗口中，應(yīng)用工具“正視圖”并在裝配窗口選擇投影平面，即可輕松將裝配模塊下的組件，以二維圖形式轉(zhuǎn)換到繪圖模塊下。剛剛轉(zhuǎn)換過來的二維視圖與裝配模塊仍保持鏈接，設(shè)計者可以進行自檢，對檢查出來的問題，在裝配模式下更改完成后，在繪圖模塊只需“更新操作后就與其一致了。待確定設(shè)計無誤，元素涵蓋全面后，即可將繪圖模式下視圖做“隔離”處理，隔離后的視圖與裝配模塊斷開鏈接。繼而完成了裝配模線的投影工作。

完整的裝配模線還需要有完整翔實的標(biāo)注信息，標(biāo)注是繪制裝配模線的重點之一。在標(biāo)注時應(yīng)注意以下幾點：

第一， 確保工藝孔位置和數(shù)目與供應(yīng)狀態(tài)一致，工藝孔類型標(biāo)注明確。

第二， 零件圖號標(biāo)注準(zhǔn)確無誤，注明軸線名稱。

第三， 指引線類型一致，盡量保持在同一直線上，排列整齊，避免指引線交叉。

完成的裝配模線，如圖5所示。

3 ?總 ?結(jié)

隨著產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)字化的不斷發(fā)展，基于三維數(shù)學(xué)模型的生產(chǎn)方式將逐漸替代依據(jù)二維圖紙生產(chǎn)模式，如何迎合數(shù)字化發(fā)展的趨勢，設(shè)計制造滿足無圖化生產(chǎn)需求的模線樣板，使其更有效的發(fā)揮協(xié)調(diào)互換的重要使命，是擺在工裝設(shè)計部門面前的一道難題。

本文介紹的裝配模線的設(shè)計，則是依據(jù)三維數(shù)學(xué)模型的裝配模型，將裝配組件以1：1的比例繪制聚酯薄膜上，作為生產(chǎn)和檢驗樣板的依據(jù)，解決了在設(shè)計具有裝配孔的樣板時，由于設(shè)計不合理或設(shè)計錯誤，引起的裝配孔不協(xié)調(diào)。在產(chǎn)品供應(yīng)狀態(tài)需要更改時，能夠在最短時間內(nèi)對樣板進行更改，滿足緊張的生產(chǎn)需求。裝配模線的設(shè)計，減少了由于樣板協(xié)調(diào)問題，導(dǎo)致飛機在裝配時無法開展的問題，較好地提高了生產(chǎn)和裝配的效率，保障了產(chǎn)品的質(zhì)量，更確保了新機研制項目的順利進行。

參考文獻：

[1] 宋瀟.MBD技術(shù)在飛機結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè) ? 計，2012，（9）.