工藝模型型面數(shù)據(jù)表達技術(shù)研究

楊開海，李仁花，陳志敏，劉洋洋

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引 言

工藝模型作為飛機零件生產(chǎn)過程中的制造依據(jù)越來越重要，由于缺乏工藝模型型面數(shù)據(jù)統(tǒng)一表達方式的積累，以及工藝模型型面數(shù)據(jù)用于知識庫、專用開發(fā)軟件及CATIA 之間對接的數(shù)據(jù)在行業(yè)內(nèi)一直沒有明確的規(guī)范要求，以至于在知識庫、專用開發(fā)軟件及CATIA 之間集成問題一直困擾著軟件開發(fā)人員和軟件使用人員。 面向多型號產(chǎn)品快速、高效研制和生產(chǎn)對企業(yè)現(xiàn)有制造工藝極限性能不斷提出新的要求，面對越來越多的軟件之間存在的集成問題，為了方便使用人員的快速操作、軟件之間的快速集成及改變企業(yè)工藝模型型面數(shù)據(jù)空白的現(xiàn)狀，本文主要研究了工藝模型型面數(shù)據(jù)表達的內(nèi)容及形式，可用于解決知識庫與CATIA 二次開發(fā)軟件之間的集成對接問題，提高產(chǎn)品研制效率。通過規(guī)范工藝模型型面數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達形式和內(nèi)容，并進行轉(zhuǎn)化應(yīng)用，促進了鈑金件手工成形向精密成形的轉(zhuǎn)變。

1 工藝模型型面數(shù)據(jù)表達技術(shù)研究目標(biāo)

1.1 工藝模型數(shù)據(jù)應(yīng)用的目的

鈑金件工藝模型是工藝參數(shù)設(shè)計、成形模具設(shè)計、數(shù)值模擬、數(shù)控指令生成等制造業(yè)務(wù)的依據(jù)，由于使用軟件各異，對工藝模型有不同的應(yīng)用目的，具體包括：

1） 回彈預(yù)測：對 CAD 型面數(shù)據(jù)離散為成形單元，采用解析計算、知識庫進行回彈量計算。

2） 數(shù)值模擬：對CAD 模型或型面數(shù)據(jù)，在軟件中劃分為網(wǎng)格進行計算。

3） 工裝設(shè)計：對CAD 模型，用于工裝模型的設(shè)計。

4） 數(shù)控編程：對CAD 模型型面離散為點或線，添加工藝參數(shù)后，按照設(shè)備數(shù)控指令格式產(chǎn)生數(shù)控程序。

1.2 工藝模型數(shù)據(jù)表達的方式

如圖1 所示，通過將鈑金件工藝模型以不同格式進行表達和轉(zhuǎn)換，數(shù)字化驅(qū)動鈑金件生產(chǎn)過程的參數(shù)設(shè)計、成形仿真、數(shù)控指令生成等，采用三種方式進行數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用。

圖1 制造模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過程

1） 以模型原格式表達： 當(dāng)兩個系統(tǒng)采用同一平臺時，CAD 模型直接應(yīng)用，如模型設(shè)計與工裝設(shè)計。

2） 以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式表達： 當(dāng)兩個系統(tǒng)為通用商業(yè)軟件時，將CAD 模型轉(zhuǎn)換為IGES 格式，如CAD 模型數(shù)據(jù)應(yīng)用于CAE 的數(shù)值模擬。 數(shù)值模擬結(jié)果以STL 格式返回。

3） 以專用數(shù)據(jù)格式表達：當(dāng)有知識庫、數(shù)控編程等專用軟件集成應(yīng)用時， 從CAD 模型中提取型面數(shù)據(jù)并采用基于XML 的專用格式表達， 實現(xiàn)異構(gòu)平臺之間的數(shù)據(jù)傳遞和應(yīng)用。 XML 是一種可擴展的標(biāo)記語言，可以用于描述幾何特征數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)請求者和提供者提供對數(shù)據(jù)的一致描述。

2 工藝模型型面數(shù)據(jù)表達技術(shù)研究詳細(xì)內(nèi)容

型材、壁板等鈑金件結(jié)構(gòu)各具特點，根據(jù)其在工藝、 工裝和數(shù)控指令生成過程中的應(yīng)用要求， 采用XML 表達鈑金件工藝模型型面數(shù)據(jù)。 建立鈑金零件結(jié)構(gòu)特征信息標(biāo)記的標(biāo)準(zhǔn)模式，使工藝模型幾何信息實現(xiàn)傳遞和應(yīng)用。

2.1 整體壁板工藝模型數(shù)據(jù)表達

如圖2 所示， 壁板零件具有復(fù)雜雙曲率外形，同時還具有整體加強凸臺、口框、肋及筋條等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由工藝參數(shù)計算和數(shù)控指令生成，要求表達噴丸路徑信息，包括：型面各點曲率、厚度等幾何信息和工藝參數(shù)信息，工藝模型數(shù)據(jù)內(nèi)容如圖3 所示，數(shù)據(jù)格式如表1 所示。

圖2 壁板零件

圖3 壁板零件工藝模型數(shù)據(jù)內(nèi)容

2.2 型材零件工藝模型數(shù)據(jù)表達

如圖4 所示，型材零件腹板為平面，外緣輪廓線變曲率、緣板變斜角、帶有下陷結(jié)構(gòu)。面向回彈補償量計算和型面重構(gòu)，要求表達輪廓線的幾何信息，數(shù)據(jù)內(nèi)容如圖5 所示，數(shù)據(jù)格式如表2 所示。

圖4 型材零件

表1 壁板零件工藝模型數(shù)據(jù)的表達

圖5 型材零件工藝模型數(shù)據(jù)內(nèi)容

3 結(jié) 語

本文通過對鈑金件工藝模型型面數(shù)據(jù)表達的建立和分析，詳細(xì)闡述了鈑金件工藝模型型面數(shù)據(jù)表達的目的和形式；提出了整體壁板及型材等零件對工藝模型型面數(shù)據(jù)的要求；給出了鈑金件工藝模型型面數(shù)據(jù)詳細(xì)表達內(nèi)容和方式，為壁板和型材等典型鈑金件工藝模型實現(xiàn)在不同軟件工具之間的集成提供了指導(dǎo)性依據(jù)， 推進了鈑金件工藝模型型面數(shù)據(jù)表達應(yīng)用，保證了鈑金件工藝模型在不同軟件工具之間的快速設(shè)計。該技術(shù)方法在長期工藝數(shù)模建模的實踐中總結(jié)而來并進行了推廣驗證和完善，符合企業(yè)目前的生產(chǎn)情況，可供同類企業(yè)參考。

表2 型材零件工藝模型數(shù)據(jù)格式