基于MBD的三維模型樣板設(shè)計(jì)研究

◎孟翔鵬 張?jiān)迄i 王志宏

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，飛機(jī)零件的制造體系已由傳統(tǒng)的模擬量逐步轉(zhuǎn)為數(shù)字量，模線樣板整體需求數(shù)量已逐年下降，但樣板具有使用便捷、成本低等特性，在高效率數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用前，模線樣板仍然是指導(dǎo)飛機(jī)零件生產(chǎn)加工的重要工具。飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各類(lèi)零件工藝特性差異大、裝配難度高，為此三維工藝仿真技術(shù)近年來(lái)逐步占據(jù)飛機(jī)制造的重要比重，通過(guò)仿真分析優(yōu)化工藝技術(shù)，而不同零件樣板介入節(jié)點(diǎn)完全不同，對(duì)于工藝組合件、裝配件使用的樣板來(lái)說(shuō)，實(shí)物樣板在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)尺寸不匹配、無(wú)法使用的情況。如果在三維工藝仿真階段加入三維樣板模型，就能夠在后期零件加工時(shí)避免浪費(fèi)和反復(fù)。

一、環(huán)境設(shè)置及編號(hào)要求

1.設(shè)計(jì)原則。

（1）三維模型樣板應(yīng)是全尺寸（1：1）的數(shù)模，基于工程數(shù)據(jù)集或制造數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)，不應(yīng)改變?cè)瓟?shù)據(jù)集的元素；

（2）三維模型樣板應(yīng)在工程數(shù)據(jù)集實(shí)際使用空間位置建模，對(duì)展開(kāi)樣板、鉆孔樣板等需展開(kāi)變形的樣板，不應(yīng)通過(guò)坐標(biāo)變換等手段隨意改變展開(kāi)基準(zhǔn)點(diǎn)位置；

（3）三維模型樣板設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)避免出現(xiàn)長(zhǎng)度小于0.001mm的線段或曲線（Degenerate Element退化元素）；

（4）設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)避免出現(xiàn)冗余元素。

2.名稱(chēng)與編號(hào)。

（1）依據(jù)樣板申請(qǐng)單，當(dāng)只申請(qǐng)樣板時(shí)，三維模型樣板文件名稱(chēng)后綴為“_T”，當(dāng)申請(qǐng)內(nèi)容包含三維常規(guī)制造數(shù)據(jù)集時(shí)，三維模型樣板文件名稱(chēng)后綴為“_M_T”；

（2）在正式發(fā)放的三維模型樣板中，三維模型樣板文件名應(yīng)與零件編號(hào)相同（含后綴名稱(chēng)），文件擴(kuò)展名為“。CATPart”。

二、結(jié)構(gòu)樹(shù)與幾何圖形集

1.三維模型樣板特征樹(shù)的組成。

三維模型樣板特征樹(shù)應(yīng)表達(dá)完整有效的信息和層次關(guān)系。

特征樹(shù)由以下幾個(gè)部分組成：

（1）幾何特征。

三維模型樣板應(yīng)依據(jù)樣板材料厚度，模擬樣板實(shí)物幾何形狀（包含鉆套、補(bǔ)加、視口等），在原數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上建立三維封閉曲面幾何體。對(duì)帶孔的三維模型樣板，鑲鉆套情況下，應(yīng)在數(shù)據(jù)集孔中心位置建立圓柱體，圓柱截面尺寸按激光文件鉆套尺寸設(shè)計(jì)，突起高度按照實(shí)物樣板鉆套高度設(shè)計(jì)；不鑲鉆套情況下，直接按數(shù)據(jù)集尺寸開(kāi)孔。按樣板用途劃分，用于加工、檢驗(yàn)和加工檢驗(yàn)共用的三維模型樣板對(duì)應(yīng)顏色如下圖：

?

（2）幾何圖形集。

三維模型樣板結(jié)構(gòu)樹(shù)建立“信息作圖過(guò)程”、“制造數(shù)據(jù)集信息”、“樣板信息”一級(jí)幾何圖形集；“制造數(shù)據(jù)集信息”下建立“孔信息”、“余量信息”、“耳片信息”等二級(jí)幾何圖形集；“樣板信息”下建立“使用單位”、“樣板類(lèi)型編號(hào)”、“加工檢驗(yàn)信息”等二級(jí)幾何圖形集。

“信息作圖過(guò)程”內(nèi)放置草圖、點(diǎn)線、曲面等作圖過(guò)程，其他幾何圖形集內(nèi)放置最終的線架、實(shí)體、參數(shù)信息等。對(duì)稱(chēng)件保留“信息作圖過(guò)程”、“制造數(shù)據(jù)集信息”、“樣板信息”，其中“樣板信息”內(nèi)僅保留“樣板類(lèi)型編號(hào)”中的幾何體信息。

（3）設(shè)計(jì)制造信息參數(shù)集。

在“加工檢驗(yàn)信息”內(nèi)，插入樣板設(shè)計(jì)制造流程參數(shù)信息，包括檢驗(yàn)方式、鉆套、材料等信息。

2.三維模型樣板特征樹(shù)的狀態(tài)。

（1）保持正確狀態(tài)。

所有的幾何特征都應(yīng)保持已更新（Update）狀態(tài)，不應(yīng)有“失效狀態(tài)”、“錯(cuò)誤狀態(tài)”或“待更新?tīng)顟B(tài)”的幾何特征；

（2）設(shè)置定義節(jié)點(diǎn)。

發(fā)放三維模型樣板的定義工作對(duì)象應(yīng)為正確狀態(tài)，即將“樣板信息”或“制造數(shù)據(jù)集信息”的根節(jié)點(diǎn)設(shè)置為“定義工作中的對(duì)象（Define In Work Object）”。

三、添加樣板標(biāo)記

在CATIA軟件FT&A三維標(biāo)注模塊下進(jìn)行設(shè)計(jì)

1.使用VIEWS/Annotation Planes確定標(biāo)注面。

點(diǎn)擊命令，選擇樣板所在平面，若為展開(kāi)樣板應(yīng)選擇展開(kāi)后的平面，在標(biāo)注集內(nèi)顯示正視圖。

2.使用文本輸入命令添加樣板標(biāo)記。點(diǎn)擊命令后，再點(diǎn)擊剛才生成的樣板所在正視圖平面，在點(diǎn)擊位置輸入內(nèi)容。

3.使用TP工具欄，選擇字體和字號(hào)。

4.使用PAO工具欄調(diào)整內(nèi)容的輸入角度。

前面三個(gè)參數(shù)手動(dòng)拖拽內(nèi)容文本即可，角度調(diào)整通過(guò)工具欄較為便捷。

5.完成劃線、開(kāi)孔、增厚度，保存并在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)放。

四、結(jié)論

三維模型樣板不同于傳統(tǒng)樣板的設(shè)計(jì)方式，將三維制造數(shù)據(jù)集與樣板結(jié)合，最大程度發(fā)揮出了MBD技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將原有的多系統(tǒng)樣板設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，提升設(shè)計(jì)效率，同時(shí)具備三維工藝仿真能力，對(duì)于由數(shù)字化檢測(cè)要求的零件，能夠有效避免樣板實(shí)物的誤差累積，導(dǎo)致檢驗(yàn)偏差的問(wèn)題。本文論述方法提出未來(lái)樣板發(fā)展的一種趨勢(shì)和方向，基于數(shù)字孿生技術(shù)的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)研發(fā)正在逐步發(fā)展，未來(lái)的模線樣板也必將朝著這一方向演變。