航空專用刀具數(shù)字化自動(dòng)設(shè)計(jì)

張琳，王洪亮，張秀云

沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司

1 引言

飛機(jī)制造對(duì)專用刀具產(chǎn)品需求呈現(xiàn)出更新、更快、要求高的特點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，刀具產(chǎn)品設(shè)計(jì)依托計(jì)算機(jī)軟件輔助，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。傳統(tǒng)的刀具設(shè)計(jì)分為三維建模設(shè)計(jì)、二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和工藝規(guī)程編排三部分，各部分彼此獨(dú)立工作，本文以T型銑刀產(chǎn)品為例，討論這三部分彼此的關(guān)聯(lián)，通過各部分工作的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)刀具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。

2 CATIA數(shù)模庫(kù)建立和AutoCAD圖紙生成

(1)CATIA參數(shù)化數(shù)模建立方法原理

CATIA能在草圖設(shè)計(jì)時(shí)將輸入的尺寸約束作為特征參數(shù)保存起來，修改參數(shù)就可以驅(qū)動(dòng)建模。

CATIA具有系統(tǒng)定義的參數(shù)和用戶自定義參數(shù)。設(shè)計(jì)人員通過用戶自定義參數(shù)和公式功能，可以定制出客戶所需要的參數(shù)以及約束這些參數(shù)的公式。CATIA系統(tǒng)定義的參數(shù)有點(diǎn)、線、曲線、曲面等，包括幾何參數(shù)、長(zhǎng)度、質(zhì)量、速度和密度等物理參數(shù)，整數(shù)、實(shí)數(shù)等無量綱參數(shù)，字符型參數(shù)及布爾型參數(shù)等。用戶定義參數(shù)后，設(shè)計(jì)者可基于用戶參數(shù)與三維模型所對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)建立相應(yīng)的公式，從而通過用戶參數(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，控制圖形尺寸。

(2)CATIA數(shù)模庫(kù)建立方法

利用Excel表格控制參數(shù)驅(qū)動(dòng)T型銑刀數(shù)模的方法為：在CATIA中，應(yīng)用表格驅(qū)動(dòng)幾何圖形可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)更改。應(yīng)用表格驅(qū)動(dòng)幾何圖形，首先將標(biāo)準(zhǔn)零件的尺寸數(shù)據(jù)存放在相應(yīng)表格文件中，并將表中數(shù)據(jù)與三維模型特征參數(shù)相關(guān)聯(lián)。通過選擇表中各行記錄可以改變幾何尺寸，獲得對(duì)應(yīng)的零件模型。

在CATIA參數(shù)化設(shè)計(jì)中，可以使用兩種圖表，一種是文本格式，一種是Excel格式?？蛻魧a(chǎn)品的特征參數(shù)制成文本型或Excel型表格，通過Design Table功能訪問表格的各條記錄，可以修改尺寸和改變形狀。以Excel格式為例，通過在設(shè)計(jì)前對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行研究，預(yù)先確定T型銑刀各個(gè)參數(shù)，并輸入到Excel表格中。

(3)AutoCAD二次開發(fā)技術(shù)

AutoCAD二次開發(fā)指利用AutoCAD提供的開放式資源和開放式體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，通過編程軟件對(duì)AutoCAD進(jìn)行功能再開發(fā)，以滿足特定需求。

(4)AutoCAD二次開發(fā)工具選擇

VB(Visual Basic)的特點(diǎn)是可視化編程，語法簡(jiǎn)單，功能齊全，不依賴于主程序，有獨(dú)立的工作環(huán)境和編譯功能，編譯后生成在Windows下直接運(yùn)行的可執(zhí)行EXE文件，因此選用VB對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計(jì)。

3 專用刀具智能設(shè)計(jì)方法

研究認(rèn)為，在上述系列的工作流程中存在一個(gè)核心紐帶“Data”，通過實(shí)現(xiàn)“Data”在各軟件平臺(tái)之間傳輸，可以利用參數(shù)化技術(shù)和VBA編程研發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)設(shè)計(jì)。

軟件平臺(tái)選擇： CATIA，EXCEL，AutoCAD

輸出產(chǎn)品：CATIA數(shù)據(jù)模型；AutoCAD圖紙文件(以下簡(jiǎn)稱圖紙)；EXCEL表格工藝單；

語言： VB/VBA

T型銑刀產(chǎn)品流程如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程

根據(jù)流程圖得到航空專用刀具自動(dòng)設(shè)計(jì)方法的具體操作步驟：

(1)打開并運(yùn)行參數(shù)化后的數(shù)模庫(kù)文件，如圖2所示。

圖2 參數(shù)化數(shù)模庫(kù)文件

(2)雙擊設(shè)計(jì)樹中的設(shè)計(jì)表XL，彈出對(duì)話窗口，如圖3所示，點(diǎn)擊“編輯表”按鈕。

(3)彈出如圖4所示表格，在表格中添加新刀具“1A150-whl-1111”的各參數(shù)。

圖3 參數(shù)化數(shù)模庫(kù)設(shè)計(jì)表

圖4 參數(shù)化數(shù)模庫(kù)EXCEL設(shè)計(jì)表

(4)點(diǎn)擊保存并更新設(shè)計(jì)表，如圖5所示。

圖5 參數(shù)化數(shù)模庫(kù)設(shè)計(jì)表更新

(5)單擊數(shù)據(jù)表中新刀具所在行，數(shù)模更新為新刀具結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖6 參數(shù)化數(shù)模更新為新刀具數(shù)模

(6)檢查各數(shù)據(jù)無誤后運(yùn)行“宏”，如圖7所示。

宏為VBA代碼，如圖8所示。

(7)運(yùn)行后，自動(dòng)生成所需文件夾及文件，如圖9所示。

圖9 自動(dòng)保存各類文件

(8)雙擊“1A150-whl-1111T型銑刀圖紙.dwg”設(shè)計(jì)圖紙文件，如圖10所示。

(9)雙擊“1A150-whl-1111T型銑刀工藝單.xlsx”工藝單文件，如圖11所示。

圖10 T型銑刀圖紙

圖11 T型銑刀工藝單

4 結(jié)語

如何提高專用刀具設(shè)計(jì)效率，建立理論模型是基礎(chǔ)，過程實(shí)施是關(guān)鍵。依據(jù)上述方法建立的參數(shù)化模型在使用中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可以把重心放在核心數(shù)據(jù)上，其他工作交由計(jì)算機(jī)處理，以最大程度避免人為出錯(cuò)，提高設(shè)計(jì)效率和保證工作質(zhì)量。