三維軟件在飛機(jī)零件加工中的應(yīng)用與研究

張洋洋

摘 要：飛機(jī)的生產(chǎn)與制造中，會(huì)利用大量的設(shè)計(jì)軟件和分析軟件，通過(guò)這些軟件分析飛機(jī)的特征和結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)出圖、加工制造，本文研究利用三維CATIA軟件對(duì)飛機(jī)零件分析、模塊設(shè)計(jì)等，針對(duì)飛機(jī)零件多品種、數(shù)量大和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征分析。

關(guān)鍵詞：零件分析；模塊設(shè)計(jì)；CATIA軟件

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 零件分析

飛機(jī)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，它的組成可以分為幾大部分，機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、起落和動(dòng)力，具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件是構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體的重要部分，對(duì)于它們的分析需要的步驟也很煩瑣，它與其他機(jī)械零件不同，具有自己獨(dú)特的性能特點(diǎn)，具體如下：

（1）在制造和加工上，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的精度要求越高越好，尺寸精度和公差范圍非常小。

（2）機(jī)構(gòu)件的外形比較復(fù)雜，曲面結(jié)構(gòu)多，裝配關(guān)系復(fù)雜，需要考慮的因素多，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)筋類零件居多。

（3）飛機(jī)結(jié)構(gòu)件在設(shè)計(jì)上為了滿足強(qiáng)度的要求，增加槽腔。

（4）零件在制造和加工上，不采用焊接，采用整體加工，需要的加工設(shè)計(jì)嚴(yán)格，例五軸加工中心。

（5）材料上選取性能高，質(zhì)量輕的新型材料，鋁合金、鈦合金等。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法是通過(guò)零件的參數(shù)進(jìn)行定義模型，同時(shí)添加約束關(guān)系，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方法有3種，通過(guò)零件幾何關(guān)系的數(shù)字方法；利用飛機(jī)零件的特征模型進(jìn)行造型；幾何原理的人工智能方法，通過(guò)參數(shù)化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)人員在開始設(shè)計(jì)的時(shí)候不需要精確繪圖，可以通過(guò)約束的關(guān)心得到精確的圖紙。

（2）在模型建立完成之后，可以形成系列化，通過(guò)修改尺寸就可以得到不同的零件。

（3）零件便于歸類、編輯和更改，通過(guò)反復(fù)修改，最終確定尺寸。

飛機(jī)零件的設(shè)計(jì)方法有很多種，例如變形設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)，變形設(shè)計(jì)就是在原有的飛機(jī)零件的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，將已經(jīng)成型的零件進(jìn)行通用使用，相似化設(shè)計(jì)，在外觀和性能上做一些調(diào)整，滿足新型飛機(jī)的使用，模塊設(shè)計(jì)是對(duì)零件進(jìn)行分類設(shè)計(jì)。

2 模塊設(shè)計(jì)

飛機(jī)零件參數(shù)化模塊設(shè)計(jì)可以分為4個(gè)部分，分別為選擇模塊、零件要素模塊、參數(shù)模塊、零件模型創(chuàng)建模塊。通過(guò)與CATIA軟件的結(jié)合，通過(guò)零件建模，生產(chǎn)實(shí)體模型，4個(gè)模塊的運(yùn)行流程如圖2所示。

選擇模塊：在這個(gè)程序中設(shè)計(jì)人員需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的典型零件，通過(guò)選擇零件庫(kù)中的項(xiàng)目、條件，在零件庫(kù)中搜索的方法有分類和關(guān)鍵字搜索兩種方法。

零件要素模塊：飛機(jī)每個(gè)零件都有自己的要素，這些信息約束零件的結(jié)構(gòu)，通過(guò)零件設(shè)計(jì)中的元素，例如點(diǎn)、線、面對(duì)零件進(jìn)行模型生成。

參數(shù)模塊：將參數(shù)輸入到零件設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，這個(gè)模塊直接關(guān)系到最終零件的建模，輸入分兩種，一種是標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)輸入，另一種是參數(shù)重用，標(biāo)準(zhǔn)輸入是利用相鄰兩個(gè)零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模型創(chuàng)建，參數(shù)重用是在以往的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新使用和修改。

模型創(chuàng)建：通過(guò)CAA在CATIA中進(jìn)行建模，定義零件的相關(guān)尺寸參數(shù)，通過(guò)建模環(huán)境、創(chuàng)建輔助要素、生產(chǎn)特征最后實(shí)現(xiàn)三維建模。

3 CATIA軟件

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維軟件有很多種，例如SolidWorks、UG、PROE等，CATIA也是這類軟件的一種，它是實(shí)現(xiàn)零件產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)二次開發(fā)的軟件，圖3為利用CATIA建模的實(shí)例。

CATIA軟件是一個(gè)集成應(yīng)用的軟件包，可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)零件的概念設(shè)計(jì)、三維建模、工業(yè)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)模擬仿真等，而飛機(jī)零件的設(shè)計(jì)主要是利用CATIA軟件的二次開發(fā)功能，通過(guò)將設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)、制造，二次開發(fā)的特點(diǎn)有標(biāo)準(zhǔn)格式的輸入/輸出、IUDF、Knowledge Ware、Automation API、CAA C++。

結(jié)論

將飛機(jī)零件進(jìn)行分類，按照特征不同、結(jié)構(gòu)不同，通過(guò)它們之間的參數(shù)進(jìn)行綜合分析，通過(guò)三維軟件進(jìn)行軟件建模、建立典型特征數(shù)據(jù)庫(kù)，總結(jié)分類零件模型，通過(guò)相似結(jié)構(gòu)共用，將不同飛機(jī)零件進(jìn)行快速設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)，通過(guò)軟件對(duì)飛機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和精度，縮短研發(fā)周期，降低制造成本。

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