CATIA 在飛機(jī)相似鈑金件工裝設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

◎李飛

CATIA 與傳統(tǒng)的 CAD 以及 CAM 系統(tǒng)并不一致，此軟件融合了多種現(xiàn)代軟件工程思想，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系已形成規(guī)模，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、構(gòu)建思路清晰，并且系統(tǒng)的可拓展性較強(qiáng)，可以根據(jù)用戶的需求而進(jìn)行鈑金件相似零件加工方案的制定，在飛機(jī)鈑金件相似零件設(shè)計(jì)與加工中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

一、CATIA 在飛機(jī)相似鈑金件工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

在飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造過程中，融合了多種科學(xué)技術(shù)，在新型飛機(jī)制造時(shí)，并不是所有部件都需要重新設(shè)計(jì)，部分零件可在同類機(jī)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，因此，在不同型號(hào)的飛機(jī)上，相同結(jié)構(gòu)部位的零件較為相似。鈑金件制造時(shí)受到工裝制造精度的限制，其在飛機(jī)外形制造以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)制造當(dāng)中應(yīng)用較為廣泛。傳統(tǒng)機(jī)型的工裝生產(chǎn)時(shí)主要采用批量生產(chǎn)的方法，但由于生產(chǎn)過程中數(shù)字化程度較低，無法對(duì)鈑金件的數(shù)字量尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)傳遞。而在CATIA 軟件誕生后，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鈑金件工裝的改造使用。通常在鈑金件成形時(shí)，銷釘孔的作用是在工裝上進(jìn)行展開毛料位置的確定，因此可通過提取相似鈑金零件銷釘孔的方式實(shí)現(xiàn)一個(gè)工裝的共用。工裝利用率得以有效提升，且可加快鈑金件加工進(jìn)度，也可降低加工成本。在數(shù)字量傳遞模式下，可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)幾何形狀及尺寸的精準(zhǔn)傳遞，可有效提升飛機(jī)鈑金件加工制造的精確度，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與現(xiàn)代化的飛機(jī)制造。

二、CAITA 系統(tǒng)

CATIA 是法國 DassaultSystem 公司設(shè)計(jì)開發(fā)的，得到BIM 全球支持并由BIM在全世界各地銷售的CAD/CAM/CAE 軟件系統(tǒng)。它廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、航天和機(jī)械領(lǐng)域，Boeing 公司利用CATIA 實(shí)現(xiàn)了波音77 的“無紙”設(shè)計(jì)與制造。CAITA在我國航空制造業(yè)也有多年的應(yīng)用基礎(chǔ)，已成為航空工業(yè)的主流CAD/CAM 系統(tǒng)。

CATIA 是一個(gè)功能齊全的二維和三維CAD/CAM/CAE 系統(tǒng)，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝過程，可提供用戶從概念設(shè)計(jì)、風(fēng)格設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析、設(shè)備及系統(tǒng)工程、制造以及應(yīng)用軟件開發(fā)等面向過程的設(shè)計(jì)思想及解決方案，它采用1-15 次貝齊爾（Bezier）曲線曲面和非均勻有理B 樣條造型方法，具有很強(qiáng)的三維復(fù)雜曲面造型和編程能力，適用于飛機(jī)、汽車等復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品外形幾何設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程，提供統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理、完全兼容的模塊數(shù)據(jù)集和應(yīng)用程序接口。它主要運(yùn)行在 BIM RISC/6000、HP、SGI 等工作站上、AIX 等 UNIX 操作系統(tǒng)下，支持 Fortian 和C 編寫的應(yīng)用程序

三、在飛機(jī)相似鈑金件工裝設(shè)計(jì)中CATIA 的具體運(yùn)用分析

隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的迅速發(fā)展，通過數(shù)字量傳遞飛機(jī)形狀和尺寸也得到了廣泛的應(yīng)用。利用CATIA 進(jìn)行二維數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)鈑金零件相似件工裝的共用。在鈑金相似件工裝的共用要點(diǎn)在提取出被借用件工裝的銷釘孔，并將銷釘孔用于借用件的二維或三維數(shù)據(jù)中。

1.兩個(gè)相似件都存在數(shù)模。

在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，傳統(tǒng)飛機(jī)零件數(shù)模逐步建立，其銷釘孔的定位較為準(zhǔn)確，與工裝是一致的，因此零件與工裝的貼合度較高。通過CATIA 系統(tǒng)進(jìn)行銷釘孔提取，可將之復(fù)制粘貼于所參照的工裝件數(shù)模上，再展開新機(jī)型鈑金件的銷釘孔，進(jìn)而產(chǎn)生下料的展開件，并以此作為數(shù)控下料的參照數(shù)據(jù)。在展開件的基礎(chǔ)上，只需進(jìn)行銷釘在工裝上的固定即可完成鈑金件的生產(chǎn)。運(yùn)用CATIA 可實(shí)現(xiàn)三維向二維的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工裝與新零件數(shù)據(jù)鏈接的有效構(gòu)建。

2.借用工裝件有數(shù)模且被借用工裝件無數(shù)數(shù)模。

大部分傳統(tǒng)機(jī)型并沒有數(shù)模，設(shè)計(jì)時(shí)主要是用圖紙或模線樣板作為尺寸傳遞的主要方式。生產(chǎn)時(shí)，會(huì)在樣板或工裝的基礎(chǔ)上通過手工制造出下料件，并在其上進(jìn)行與工裝相匹配的銷釘孔的制造，進(jìn)而完成鈑金件加工。

（1）被借用件有二維數(shù)據(jù)。

如果被借有件的二維數(shù)據(jù)較為完備，則可直接復(fù)制這些數(shù)據(jù)進(jìn)行展開件下料，將之粘貼于借用件的結(jié)構(gòu)樹下即可實(shí)現(xiàn)銷釘孔中心位置的確定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)銷釘孔的借用，即完成了工裝借用過程。

（2）被借用件無二維數(shù)據(jù)。

如果被借用件有下料展開件但是卻沒有電子版的模線，那么可以通過二維方式進(jìn)行展開件掃描，并將所得數(shù)據(jù)生成DXF 文件并于CATIA 系統(tǒng)中打開，之后就可按照借用件有二維數(shù)據(jù)的方式繼續(xù)進(jìn)行工裝借用處理。如果被借用件的下料展開件及電子版模線都沒有的情況下，可使用三維方式對(duì)現(xiàn)有的工裝進(jìn)行掃描，在手持式激光掃描儀的輔助下完成工裝三維數(shù)據(jù)的獲取，使用兩個(gè)工業(yè)相機(jī)拍攝激光點(diǎn)在掃描件表面的空間位置，再利用系統(tǒng)自帶的軟件計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的相對(duì)位置，從而得到能夠反映工裝輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過CATIA 逆向建模，生成工裝的三維數(shù)據(jù)。銷釘孔也由點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建曲面而形成，然后應(yīng)用到借用件中，這樣的兩個(gè)相似件就能共用同一個(gè)工裝了。

3.兩個(gè)相似件均無數(shù)模。

如果借用件與被借件用都沒有數(shù)模，那么可采用三維的方式進(jìn)行被借用件或其工件的掃描，進(jìn)而在CATIA 的輔助下實(shí)現(xiàn)逆向建模，進(jìn)而完成誕生數(shù)據(jù)的數(shù)字量傳遞過程。

結(jié)語：應(yīng)用CATIA 軟件，在三維掃描儀等設(shè)備的輔助下可以借用傳統(tǒng)的相似鈑金件工裝進(jìn)行新機(jī)型鈑金件的生產(chǎn)，此軟件的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)批量進(jìn)行不同機(jī)型鈑金零件的生產(chǎn)，同時(shí)也可達(dá)到生產(chǎn)費(fèi)用有效降低的目的，零件加工更加高效、快捷。同時(shí)通過數(shù)字量方式可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)幾何形狀及尺寸向生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)傳遞，加工精度得以提升，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)機(jī)型工裝的數(shù)字化生產(chǎn)。CATIA 軟件在飛機(jī)制造中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可基于傳統(tǒng)機(jī)型進(jìn)行新機(jī)型的制造，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)制造的數(shù)字化。