壁板類展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素分析論文
目前國(guó)內(nèi)飛機(jī)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(shù)字化模型，轉(zhuǎn)化成無(wú)曲度變化的展開(kāi)數(shù)模后方可進(jìn)行數(shù)控加工。然后通過(guò)二次成型技術(shù)完成從數(shù)字化模型到生產(chǎn)制造的全過(guò)程。因此，展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)精確與否，直接影響數(shù)控制造技術(shù)在飛機(jī)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
一、展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)要求及分類
展開(kāi)數(shù)模主要分為長(zhǎng)桁類機(jī)加展開(kāi)數(shù)模和壁板類展開(kāi)數(shù)模。本文主要針對(duì)壁板類展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化。其用于先機(jī)銑后成形的零件在平板狀態(tài)下數(shù)控編程的設(shè)計(jì)要求為：第一是零件車間要求生產(chǎn)展開(kāi)數(shù)模的零件，應(yīng)單獨(dú)生成展開(kāi)實(shí)體發(fā)放；第二是展開(kāi)數(shù)模的設(shè)計(jì)依據(jù)為工程數(shù)據(jù)集和工程圖樣。
二、壁板類展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)流程優(yōu)化
對(duì)于展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)，不僅僅是對(duì)工程數(shù)據(jù)集曲面轉(zhuǎn)化平面的過(guò)程，更是在保證原工程數(shù)據(jù)集集合尺寸、結(jié)構(gòu)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(shù)控銑切加工的制造依據(jù)。下面對(duì)壁板類展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)流程進(jìn)行梳理改進(jìn)并分析各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)難度。
�。�1）理論曲面的選擇。如何正確的對(duì)理論曲面選擇是展開(kāi)數(shù)模正確與否的關(guān)鍵所在，一般采取分析原工程數(shù)據(jù)集中的建模過(guò)程所引用的曲面為基準(zhǔn)（經(jīng)測(cè)算，在撓度和長(zhǎng)度允許范圍內(nèi)）選取曲面為零件外表面。
（2）結(jié)構(gòu)關(guān)系的.選擇。為了保證原工程數(shù)據(jù)集零件上各銑切區(qū)、通孔、凸臺(tái)的相對(duì)位置關(guān)系，在設(shè)計(jì)展開(kāi)數(shù)模過(guò)程中，根據(jù)零件實(shí)際結(jié)構(gòu)特征，將全部結(jié)構(gòu)位置關(guān)系特征線進(jìn)行提取，而相對(duì)于雙面均有銑切區(qū)的零件來(lái)說(shuō)，區(qū)分正反面銑切區(qū)和零件各位置特征線的選取是展開(kāi)數(shù)模的最重要一步。
將選取好的曲面及各區(qū)域結(jié)構(gòu)位置線關(guān)聯(lián)后展開(kāi)（投影到曲面上），使曲面和位置線在同曲率、同展開(kāi)方向和展開(kāi)原點(diǎn)位置的同步，保證相對(duì)位置關(guān)系。
�。�3）展開(kāi)數(shù)模難點(diǎn)分析及技術(shù)改進(jìn)
展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析。在展開(kāi)過(guò)程中，由于選取曲面的復(fù)雜性和多曲度，造成所選理論曲面多呈現(xiàn)“補(bǔ)丁”結(jié)構(gòu)，而對(duì)于展開(kāi)后的平面及各位置線來(lái)說(shuō)，可能存在展開(kāi)信息丟失即位置線等出現(xiàn)較大鋸齒狀結(jié)構(gòu)，而這種情況不符合展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)。因此只能按照實(shí)際數(shù)模情況進(jìn)行曲線的樣條線構(gòu)型或視撓度情況直接構(gòu)造成直線，保證各線條的順滑。[1]
建模過(guò)程在盡量確保結(jié)構(gòu)樹(shù)的每次操作和關(guān)聯(lián)性和合理性，便于數(shù)控，并進(jìn)行倒角。而倒角工作恰恰是最繁瑣、且最容易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)。在倒角的時(shí)候，極易出現(xiàn)無(wú)法倒角或是約束過(guò)度、結(jié)構(gòu)互相矛盾、運(yùn)算錯(cuò)誤等問(wèn)題，往往這些小問(wèn)題直接影響展開(kāi)數(shù)模能否順利完成的最重要一環(huán)，因此，確保各位置相對(duì)倒角、凸臺(tái)、銑切區(qū)方向等需要設(shè)計(jì)人員仔細(xì)思考后慎重進(jìn)行。
由于很多零件在工程數(shù)據(jù)集階段是多曲度無(wú)規(guī)律變化，這就要求我們選取各相對(duì)位置線和構(gòu)型過(guò)程中嚴(yán)格要求的同時(shí)，更要在設(shè)計(jì)后期對(duì)每一處進(jìn)行尺寸核對(duì)，出現(xiàn)偏差的要從頭尋找問(wèn)題出現(xiàn)的原因，而通常一點(diǎn)尺寸的不同會(huì)直接導(dǎo)致CATIA軟件更新錯(cuò)誤，在無(wú)法更改原結(jié)構(gòu)關(guān)系的情況下就要重新進(jìn)行展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)。
壁板類展開(kāi)數(shù)模改進(jìn)方案。壁板類零件展開(kāi)曲面的選取借用原工程數(shù)據(jù)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(duì)比日常設(shè)計(jì)方法——選取未修剪過(guò)的曲面展開(kāi)進(jìn)行對(duì)比，從而改良設(shè)計(jì)方法。
根據(jù)對(duì)比結(jié)果，兩種曲面選擇后生成的展開(kāi)線差異，若按照以往經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法直接選取理論外緣進(jìn)行展開(kāi)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致整體尺寸錯(cuò)移，下面以錯(cuò)移初始位置300mm去測(cè)量點(diǎn)分析展開(kāi)趨勢(shì)。如圖表1所示。
針對(duì)這種情況，結(jié)合表1、圖1發(fā)現(xiàn)，展開(kāi)錯(cuò)移幅度逐步減少，出現(xiàn)較大外緣的整體偏差。問(wèn)題出現(xiàn)的原因在于彎邊呈凹形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致基于CATIA軟件的展開(kāi)計(jì)算出現(xiàn)累計(jì)誤差，特別是弧度最大部分錯(cuò)移幅度最大、尺寸變化最快，當(dāng)彎邊上弧度變化趨緩后錯(cuò)移累積量變化趨緩。
綜上，壁板類展開(kāi)數(shù)模設(shè)計(jì)，難點(diǎn)諸多，需要設(shè)計(jì)者認(rèn)真思考每個(gè)環(huán)節(jié)后才可進(jìn)行設(shè)計(jì)。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，保證展開(kāi)輪廓不受曲率變化的影響及準(zhǔn)確性。同時(shí)對(duì)展開(kāi)線的修復(fù)是設(shè)計(jì)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(shù)模設(shè)計(jì)需要改進(jìn)的地方。其改進(jìn)方法是對(duì)理論曲面進(jìn)行修剪，保證工程數(shù)據(jù)集法線投影包含在修剪后的工作面上，保證展開(kāi)曲率計(jì)算不受非工作邊曲率變化的影響。當(dāng)然，對(duì)于曲度極大的壁板來(lái)說(shuō)，可以適當(dāng)擴(kuò)大展開(kāi)曲面面積以應(yīng)對(duì)延展變化導(dǎo)致的展開(kāi)后變形問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)
[1]曹蔚，甘忠.飛機(jī)壁板展開(kāi)件CATIA建模技巧研究.【J】.機(jī)械，2010，37（11）；46-49.
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