基于CATIA的橡皮囊工藝審查系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)

張凌云，王東波，杜芳靜

(1.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽(yáng) 110136；2.中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110013)

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基于CATIA的橡皮囊工藝審查系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)

張凌云1，王東波1，杜芳靜2

(1.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽(yáng) 110136；2.中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110013)

摘要：為實(shí)現(xiàn)橡皮囊成形工藝審查系統(tǒng)，采用CAA對(duì)CATIA進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對(duì)橡皮囊成形零件進(jìn)行工藝審查.分析了鈑金零件的工藝特征，建立了CATIA與知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接.通過(guò)對(duì)鈑金零件特征信息的提取，對(duì)零件的各個(gè)成形特征分別進(jìn)行審查，完成了橡皮囊鈑金成形零件的審查.通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，高壓橡皮囊成形工藝在3組不同壓力下，6個(gè)凸彎邊零件的凸緣部分都出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，與系統(tǒng)審查結(jié)果一致，說(shuō)明該工藝審查系統(tǒng)是可靠的.

關(guān)鍵詞：橡皮囊；工藝審查；二次開(kāi)發(fā)；數(shù)據(jù)庫(kù)

CATIA是法國(guó)達(dá)索公司出產(chǎn)的軟件[1]，它把CAD/CAE/CAM集為一體，在航空航天、汽車(chē)制造、造船、電子/電器、機(jī)械制造等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，它的集成解決方案，涵蓋了完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域.基于CATIA/CAA的二次開(kāi)發(fā),使軟件更加專(zhuān)業(yè)化地服務(wù)于客戶(hù)要求，不僅充分提高了CATIA軟件的應(yīng)用效率、專(zhuān)業(yè)性，而且也大大提高了工作效率和工作質(zhì)量.

橡皮囊液壓成形工藝是航空制造領(lǐng)域典型的鈑金成形工藝，具有質(zhì)量好、效率高、成本低、適合多品種和小批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[2].然而，在傳統(tǒng)的橡皮囊液壓成形過(guò)程中，需要查詢(xún)大量的技術(shù)資料，包括許多標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、規(guī)范、個(gè)人經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求也很高,最終導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量良莠不齊，生產(chǎn)效率低，橡皮囊液壓成形工藝得不到良好的應(yīng)用和發(fā)展.為了用三維模型的數(shù)字化審查模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工工藝審查方法，提高橡皮囊液壓成形工藝的自動(dòng)化和智能化水平，提出了在CATIA環(huán)境下，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，建立橡皮囊工藝審查系統(tǒng)[3].

1CATIA 的二次開(kāi)發(fā)

1.1CATIA的二次開(kāi)發(fā)方法

CATIA常見(jiàn)的二次開(kāi)發(fā)接口主要有兩種:第一種是AutomationAPI宏命令接口，雖然入門(mén)容易，但是其涵蓋的功能簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性不高;第二種是通常所說(shuō)的CAA V5 C++and Java API，它可以很好地滿(mǎn)足用戶(hù)大部分需求，功能比較全，能夠滿(mǎn)足二次開(kāi)發(fā)產(chǎn)品從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的功能需求，但是，這種接口對(duì)開(kāi)發(fā)人員要求較高，不僅需要熟練掌握CATIA軟件的功能，還需要深入了解面向?qū)ο蟪绦虻恼Z(yǔ)言以及COM組件的概念和知識(shí)[4-5].

1.2組件應(yīng)用框架技術(shù)

CATIA本身是按照組件模型建立起來(lái)的，用戶(hù)可以通過(guò)開(kāi)發(fā)自己的CAA組件，對(duì)DASSAULT Systemes的CATIA V5進(jìn)行擴(kuò)展[6]；也可以結(jié)合用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)的CAA組件，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自定義應(yīng)用.其基本框架為：每個(gè)工程包含一個(gè)或者多個(gè)框架(Framework)，包含了一個(gè)工程需要的所有元素，而框架中有一個(gè)或多個(gè)模塊(Module)，模塊中包含編寫(xiě)的程序文件.

可視化的集成快速應(yīng)用研發(fā)環(huán)境(Rapid Application Development Environment,RADE)能夠提供CATIA/CAA完整的編程工具組[7].RADE以Microsoft Visual C++6.0為載體，在VC++環(huán)境中集成了所有的開(kāi)發(fā)工具，并且提供了一個(gè)CAA框架程序編譯器，但同時(shí)也限制了VC+++的部分功能.在目前的所有高端CAD/CAM開(kāi)發(fā)環(huán)境中CATIA CAA-RADE是最為復(fù)雜,同時(shí)也是功能最為強(qiáng)大的一個(gè).圖1所示為CAA組件的應(yīng)用框架[8]

圖1　CAA 組件的應(yīng)用框架

2橡皮囊工藝審查系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)、零件信息、數(shù)據(jù)維護(hù)、結(jié)果輸出等模塊組成(圖2).系統(tǒng)運(yùn)行采用向?qū)Х绞?用戶(hù)首先導(dǎo)入設(shè)計(jì)好的零件，通過(guò)CATIA進(jìn)行零件的特征匹配，得到零件各個(gè)特征的參數(shù)，盡量減少人工輸入的參數(shù)，以減少人為因素對(duì)審查結(jié)果的影響.系統(tǒng)自動(dòng)審查輸入的參數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)后臺(tái)的相關(guān)參數(shù),并及時(shí)在 CATIA 界面中以對(duì)話(huà)框形式輸出審查結(jié)果，也可以Excel 表格形式按照類(lèi)別輸出審查結(jié)果，以方便用戶(hù)隨時(shí)查閱.

圖2　系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可以查到的問(wèn)題有以下幾類(lèi)：①圓角半徑小于最小彎曲半徑，出現(xiàn)破裂；②實(shí)際成形極限Ka大于凸彎邊極限彎邊系數(shù)Ke,出現(xiàn)褶皺；③實(shí)際成形極限Ka大于凹彎邊極限彎邊系數(shù)Kt,出現(xiàn)破裂；④相鄰加強(qiáng)槽軸線(中心線)的距離過(guò)?。虎菁訌?qiáng)槽末端到彎邊的距離過(guò)??；⑥相鄰加強(qiáng)窩軸線(中心線)的距離過(guò)??；⑦相鄰減輕孔中心的距離過(guò)??；⑧過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度過(guò)小，不符合規(guī)范.

2.2界面預(yù)覽

在VS(Visual Studio)平臺(tái)下編寫(xiě)C++程序，可以建立CATIA環(huán)境下的菜單項(xiàng)(圖3).將零件分為7個(gè)特征，分別建立子菜單，使程序更加清晰.其部分語(yǔ)句如下：

NewAccess(CATCmdContainer,pAllMenu,AllMenu);

NewAccess(CATCmdContainer,pAllWorkMbr,工藝審查);

SetAccessChild(pAllMenu,pAllWorkMbr);

NewAccess(CATCmdContainer,pPrepartionMenu,CompensationMenu);

SetAccessChild(pAllWorkMbr,pPrepartionMenu);

NewAccess(CATCmdStarter,pStraight

ComMenuStr,StraightComMenuStr);

SetAccessCommand(pStraightComMenuStr,“直彎邊”);

SetAccessChild(pPrepartionMenu,pStraightComMenuStr);

……

AddToolbarView(pAllBenchT1b,1,Right);

SetAddinMenu(pAllBenchT1b,pAllMenu); return pAllBenchT1b

圖3　CATIA環(huán)境下的菜單項(xiàng)

圖4　鈑金零件的典型特征分類(lèi)

2.3工藝審查

由于鈑金零件的典型特征有多種類(lèi)型(圖4)，針對(duì)一個(gè)零件來(lái)說(shuō)就會(huì)出現(xiàn)多種成形特征，從而具有多種成形極限，特別是不同成形交界的地方存在許多復(fù)雜因素，因此審查其成形極限非常困難.這里把一個(gè)復(fù)雜的零件分為多個(gè)單獨(dú)的特征進(jìn)行審查，再通過(guò)單獨(dú)的成形特征來(lái)判斷復(fù)雜零件的成形性.這種方法大多已用于實(shí)際生產(chǎn).在工藝審查中主要考慮零件的成形性因素，在直線彎邊成形工藝中可能出現(xiàn)的缺陷是在圓角區(qū)發(fā)生破裂.為了避免破裂現(xiàn)象的發(fā)生，需保證圓角半徑不小于最小彎曲半徑.凸曲線彎邊零件在成形過(guò)程中要盡量避免彎邊面上出現(xiàn)的起皺現(xiàn)象，在成形過(guò)程中必須確保彎邊成形系數(shù)不超過(guò)極限彎邊系數(shù)Ke.凹曲線彎邊成形系數(shù)不應(yīng)超過(guò)極限彎邊系數(shù)Kt.零件最小厚度應(yīng)大于成形方法允許的厚度.彎邊高度應(yīng)大于該處的彎曲半徑.各種下陷、加強(qiáng)槽、加強(qiáng)窩、減輕孔應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化.

2.4零件參數(shù)獲取

H——彎邊高度　R——曲率半徑　α——彎曲角度　t——料厚圖5　凸曲線彎邊成形的結(jié)構(gòu)參數(shù)

第一，確定圖形的坐標(biāo)，規(guī)定參照基準(zhǔn)；第二，使用函數(shù)GetCOG確定彎邊特征方向；第三，應(yīng)用CAA的API函數(shù)獲取零件的信息，用函數(shù)DistanceTo獲取彎邊高度，用函數(shù)GetAngleTo獲取角度，用函數(shù)GetRadius得到曲率半徑等.這樣就獲得了非常準(zhǔn)確的零件特征參數(shù)，再通過(guò)公式計(jì)算得到相應(yīng)的成形系數(shù)，最后把得到的信息與數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，從而快速準(zhǔn)確地進(jìn)行工藝審查.

2.5信息查詢(xún)匹配

工藝審查系統(tǒng)建立在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)之上，而零件的幾何信息是自動(dòng)提取.因此，在檢索數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)提取的信息與數(shù)據(jù)庫(kù)不匹配的情況，從而造成審查失敗.數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)大部分采用整數(shù)值，而零件提取的數(shù)據(jù)不能較好地匹配，從而造成數(shù)據(jù)庫(kù)的資源浪費(fèi).為了解決這一問(wèn)題，采用了給定區(qū)間近似匹配的方法：先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的具體數(shù)據(jù)表進(jìn)行分析，給出合理的區(qū)間，提取到的參數(shù)在這個(gè)區(qū)間內(nèi)就認(rèn)為匹配，盡量避免查詢(xún)不到數(shù)據(jù)和匹配多個(gè)數(shù)據(jù)的情況發(fā)生.

3實(shí)例應(yīng)用

3.1系統(tǒng)應(yīng)用界面

以某橡皮囊成形飛機(jī)零件為例來(lái)驗(yàn)證凸彎邊工藝審查(圖6)，導(dǎo)入零件，通過(guò)下拉菜單選擇零件的材料，依次選擇凸彎邊相應(yīng)的特征，點(diǎn)擊審查，審查結(jié)果以Editor的形式出現(xiàn)在界面上，從審查結(jié)果判定，此凸彎邊特征會(huì)出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象(圖7).

圖6　凸彎邊審查模塊

圖7　審查結(jié)果

3.2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本研究針對(duì)2A12材料分別在40 MPa、50 MPa、60 MPa下進(jìn)行橡皮囊成形實(shí)驗(yàn)，每種壓力下兩組零件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，6個(gè)零件凸彎邊部位都出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象(圖8).

圖8　橡皮囊成形實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與工藝審查凸彎邊模塊給出的審查結(jié)果一致，出現(xiàn)了褶皺現(xiàn)象.橡皮囊工藝審查系統(tǒng)能夠快速審查出零件中工藝的不足之處，大大提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了成本.這說(shuō)明了系統(tǒng)應(yīng)用在橡皮囊成形工藝時(shí)的可行性與可靠性.

4結(jié)束語(yǔ)

對(duì)CATIA模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境下橡皮囊零件的工藝審查，通過(guò)編程語(yǔ)言，把CATIA強(qiáng)大的幾何處理能力與用戶(hù)需求相結(jié)合.以一個(gè)凸彎邊橡皮囊鈑金零件為例，驗(yàn)證了此方法的可行性.此方法使零件的設(shè)計(jì)不必反復(fù)查找檢驗(yàn)規(guī)范，加快了鈑金零件的生產(chǎn)周期，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.

參考文獻(xiàn):

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Secondary Development of Rubber Bladder Process Examination System Based on CATIA

ZHANG Ling-yun1,WANG Dong-bo1，DU Fang-jing2

(1.Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense of Aeronautical Digital Manufacturing Process, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China； 2.AVIC SAC Commercial Aircraft Company Limited, Shenyang 110013, China)

Abstract：In order to realize the rubber bladder process examination system, reviewing the parts of the rubber bladder forming process through the redevelopment of the CATIA software used CAA. The technological characteristics of sheet metal parts are analyzed, connecting CATIA with the knowledge database, going by extracting the feature information sheet metal parts, examining the characteristic of the rubber parts respectively, completing the examination of rubber bladder forming sheet metal parts. The reliability and stability of the system was verified through an example, wrinkling occurs in flange parts of six flange bending parts under three groups of different pressures in high pressure rubber forming, and the results are consistent with the system.

Key words:process examination; rubber bladder forming; secondary development; knowledge database

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.01.005

中圖分類(lèi)號(hào)：V262.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：張凌云(1963-)，男，黑龍江鶴崗人，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楹娇詹牧舷冗M(jìn)加工技術(shù).

收稿日期：2015-10-14

文章編號(hào)：1006-3269(2016)01-0027-04