壁板類(lèi)展開(kāi)數模設計關(guān)鍵要素分析論文
目前國內飛機制造企業(yè)主要制造技術(shù)需要通過(guò)將帶有曲度變化的三維數字化模型，轉化成無(wú)曲度變化的展開(kāi)數模后方可進(jìn)行數控加工。然后通過(guò)二次成型技術(shù)完成從數字化模型到生產(chǎn)制造的全過(guò)程。因此，展開(kāi)數模設計精確與否，直接影響數控制造技術(shù)在飛機生產(chǎn)中的應用。
一、展開(kāi)數模設計要求及分類(lèi)
展開(kāi)數模主要分為長(cháng)桁類(lèi)機加展開(kāi)數模和壁板類(lèi)展開(kāi)數模。本文主要針對壁板類(lèi)展開(kāi)數模設計流程進(jìn)行優(yōu)化。其用于先機銑后成形的零件在平板狀態(tài)下數控編程的設計要求為：第一是零件車(chē)間要求生產(chǎn)展開(kāi)數模的零件，應單獨生成展開(kāi)實(shí)體發(fā)放；第二是展開(kāi)數模的設計依據為工程數據集和工程圖樣。
二、壁板類(lèi)展開(kāi)數模設計流程優(yōu)化
對于展開(kāi)數模設計，不僅僅是對工程數據集曲面轉化平面的過(guò)程，更是在保證原工程數據集集合尺寸、結構位置關(guān)系、幾何信息等尺寸完全一致的前提下，直接用于數控銑切加工的制造依據。下面對壁板類(lèi)展開(kāi)數模設計流程進(jìn)行梳理改進(jìn)并分析各關(guān)鍵環(huán)節的設計難度。
�。�1）理論曲面的選擇。如何正確的對理論曲面選擇是展開(kāi)數模正確與否的關(guān)鍵所在，一般采取分析原工程數據集中的建模過(guò)程所引用的曲面為基準（經(jīng)測算，在撓度和長(cháng)度允許范圍內）選取曲面為零件外表面。
�。�2）結構關(guān)系的.選擇。為了保證原工程數據集零件上各銑切區、通孔、凸臺的相對位置關(guān)系，在設計展開(kāi)數模過(guò)程中，根據零件實(shí)際結構特征，將全部結構位置關(guān)系特征線(xiàn)進(jìn)行提取，而相對于雙面均有銑切區的零件來(lái)說(shuō)，區分正反面銑切區和零件各位置特征線(xiàn)的選取是展開(kāi)數模的最重要一步。
將選取好的曲面及各區域結構位置線(xiàn)關(guān)聯(lián)后展開(kāi)（投影到曲面上），使曲面和位置線(xiàn)在同曲率、同展開(kāi)方向和展開(kāi)原點(diǎn)位置的同步，保證相對位置關(guān)系。
�。�3）展開(kāi)數模難點(diǎn)分析及技術(shù)改進(jìn)
展開(kāi)數模設計難點(diǎn)分析。在展開(kāi)過(guò)程中，由于選取曲面的復雜性和多曲度，造成所選理論曲面多呈現“補丁”結構，而對于展開(kāi)后的平面及各位置線(xiàn)來(lái)說(shuō)，可能存在展開(kāi)信息丟失即位置線(xiàn)等出現較大鋸齒狀結構，而這種情況不符合展開(kāi)數模設計。因此只能按照實(shí)際數模情況進(jìn)行曲線(xiàn)的樣條線(xiàn)構型或視撓度情況直接構造成直線(xiàn)，保證各線(xiàn)條的順滑。[1]
建模過(guò)程在盡量確保結構樹(shù)的每次操作和關(guān)聯(lián)性和合理性，便于數控，并進(jìn)行倒角。而倒角工作恰恰是最繁瑣、且最容易出現問(wèn)題的環(huán)節。在倒角的時(shí)候，極易出現無(wú)法倒角或是約束過(guò)度、結構互相矛盾、運算錯誤等問(wèn)題，往往這些小問(wèn)題直接影響展開(kāi)數模能否順利完成的最重要一環(huán)，因此，確保各位置相對倒角、凸臺、銑切區方向等需要設計人員仔細思考后慎重進(jìn)行。
由于很多零件在工程數據集階段是多曲度無(wú)規律變化，這就要求我們選取各相對位置線(xiàn)和構型過(guò)程中嚴格要求的同時(shí)，更要在設計后期對每一處進(jìn)行尺寸核對，出現偏差的要從頭尋找問(wèn)題出現的原因，而通常一點(diǎn)尺寸的不同會(huì )直接導致CATIA軟件更新錯誤，在無(wú)法更改原結構關(guān)系的情況下就要重新進(jìn)行展開(kāi)數模設計。
壁板類(lèi)展開(kāi)數模改進(jìn)方案。壁板類(lèi)零件展開(kāi)曲面的選取借用原工程數據集理論曲面，下面通過(guò)按零件外緣修剪后的曲面展開(kāi)對比日常設計方法——選取未修剪過(guò)的曲面展開(kāi)進(jìn)行對比，從而改良設計方法。
根據對比結果，兩種曲面選擇后生成的展開(kāi)線(xiàn)差異，若按照以往經(jīng)驗設計方法直接選取理論外緣進(jìn)行展開(kāi)設計，導致整體尺寸錯移，下面以錯移初始位置300mm去測量點(diǎn)分析展開(kāi)趨勢。如圖表1所示。
針對這種情況，結合表1、圖1發(fā)現，展開(kāi)錯移幅度逐步減少，出現較大外緣的整體偏差。問(wèn)題出現的原因在于彎邊呈凹形結構，導致基于CATIA軟件的展開(kāi)計算出現累計誤差，特別是弧度最大部分錯移幅度最大、尺寸變化最快，當彎邊上弧度變化趨緩后錯移累積量變化趨緩。
綜上，壁板類(lèi)展開(kāi)數模設計，難點(diǎn)諸多，需要設計者認真思考每個(gè)環(huán)節后才可進(jìn)行設計。但是，重點(diǎn)在于展開(kāi)曲面的選擇，通過(guò)優(yōu)化展開(kāi)曲面和展開(kāi)線(xiàn)，保證展開(kāi)輪廓不受曲率變化的影響及準確性。同時(shí)對展開(kāi)線(xiàn)的修復是設計后期能否順利倒角以及完成建模過(guò)程等的關(guān)鍵。而解決整體展開(kāi)偏差問(wèn)題成為壁板展開(kāi)數模設計需要改進(jìn)的地方。其改進(jìn)方法是對理論曲面進(jìn)行修剪，保證工程數據集法線(xiàn)投影包含在修剪后的工作面上，保證展開(kāi)曲率計算不受非工作邊曲率變化的影響。當然，對于曲度極大的壁板來(lái)說(shuō)，可以適當擴大展開(kāi)曲面面積以應對延展變化導致的展開(kāi)后變形問(wèn)題。
參考文獻
[1]曹蔚，甘忠.飛機壁板展開(kāi)件CATIA建模技巧研究.【J】.機械，2010，37（11）；46-49.
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