高精度關(guān)重零件MBD建模技巧

方靜

摘 要：隨著MBD、數(shù)控技術(shù)在科研生產(chǎn)中的深入應用，產(chǎn)品的數(shù)學模型已經(jīng)成為飛機互換協(xié)調(diào)的主要數(shù)據(jù)源頭，如何使零件產(chǎn)品數(shù)模的設(shè)計更加完善，更加符合生產(chǎn)需求，是數(shù)模設(shè)計者不斷思考、探索的課題。尤其是高精度的關(guān)重零件具備協(xié)調(diào)、配合的關(guān)鍵重要特性，在數(shù)模的設(shè)計過程中，不但要滿足其設(shè)計特性，還要滿足工藝特性，這樣才能生產(chǎn)出來優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。文章介紹了高精度的關(guān)重零件建模的一些技巧。

關(guān)鍵詞：關(guān)重；設(shè)計特性；工藝特性；互換協(xié)調(diào)

引言

數(shù)學模型的質(zhì)量好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，完美的數(shù)學模型會使得零件的互換協(xié)調(diào)性、零件的加工和裝配精度都非常高。MBD技術(shù)深入普及之后，在零件生產(chǎn)過程中一些問題也陸續(xù)暴露出來，加工者經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)數(shù)學模型的工藝性能不好，設(shè)計方案不符合零件制造工藝或現(xiàn)場環(huán)境等情況。其主要原因是設(shè)計工程師和制造工程師缺乏溝通，設(shè)計方案不符合制造工藝或現(xiàn)場環(huán)境。制造部門因為趕進度常常主觀地修改設(shè)計，大大降低了產(chǎn)品質(zhì)量。另外，制造部門也有可能把問題退回給設(shè)計部門，然后來回協(xié)調(diào)，拖延了進度。

因此，必須從源頭——數(shù)學模型著手，通過解決數(shù)學模型的設(shè)計質(zhì)量，提高三維數(shù)學模型的設(shè)計特性和工藝特性，避免不必要的協(xié)調(diào)時間。此外，制造部門通過尋求新的制造工藝，采用先進制造技術(shù)，引進自動化設(shè)備等手段，提高零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，改進生產(chǎn)率。

1 充分做好前期工作，保證建模質(zhì)量

1.1 理解圖紙

我們在建模工作之初，必須看懂圖樣。對圖樣中的技術(shù)要求、性能尺寸、裝配尺寸、安裝尺寸、外形尺寸做到深刻理解。使用圖紙的方法步驟如下：

（1）先看標題欄，初略了解零件看標題欄，了解零件的名稱，材料，數(shù)量比例等，從而大體了解零件的功能。

（2）分析研究視圖，明確表達目的。看主視圖，俯視圖，左視圖，局部視圖，剖視圖等，從而弄清個視圖的關(guān)系及其表達目的。

（3）深入分析視圖，想象結(jié)構(gòu)形狀。分析所有尺寸，弄清尺寸要求根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計和制造工藝要求，找出尺寸基準，明確尺寸種類標主形式。找出影響性能的功能尺寸。

（4）分析技術(shù)要求，綜合看懂全圖。主要分析零件的表面粗槽度，尺寸公差和形位公差要求。要先弄清配合面或主要加工面的加工精度要求，了解其代號含義，再分析其余加工面和非加工面的相應要求，了解零件加工工藝特點和功能要求，然后了解分析零件的材料熱處理，表面處理或修飾，檢驗等其他技術(shù)要求。

1.2 規(guī)范建模過程

習慣決定成敗。一名優(yōu)秀的設(shè)計員一定在平時的工作中規(guī)范自己的設(shè)計過程，養(yǎng)成良好的建模習慣。在建模之出就建立相關(guān)的幾何圖形集，并將幾何圖形集按照建模要求和零件特征進行合理命名。這樣才能做到思路清晰，結(jié)構(gòu)樹合理，遇到大型數(shù)模設(shè)計時更新元素快速可循，節(jié)約建模時間及保證數(shù)模質(zhì)量。

2 建模技巧

2.1 優(yōu)化基礎(chǔ)曲面

當對于腹板面為曲面，曲率非常小的零件，如果設(shè)計人員對零件制造工藝環(huán)節(jié)不熟悉，缺乏必要的工藝知識，嚴格按照曲面設(shè)計數(shù)學模型，那么數(shù)學模型的工藝性能就很不好。在零件生產(chǎn)過程中，數(shù)控加工廠工藝員在數(shù)控編程結(jié)束后，將進行虛擬走刀仿真，查看是否有切傷及多料現(xiàn)象。一般來說，用曲面生成的模型都會有切傷或多料處，分別顯示紅色和藍色。因此，對于曲面撓度小于0.5的零件，腹板面完全可以按照平面設(shè)計，這樣既不會影響產(chǎn)品的裝配質(zhì)量也不會給零件加工造成困難。

2.2 合理選擇命令模塊

在CATIA設(shè)計環(huán)境下，不同的命令模塊都能生成同樣效果的曲面或?qū)嶓w，但是數(shù)模的工藝性卻大相徑庭。因此，在建模過程中，在二維生成三維過程中選擇命令不合適，也會導致數(shù)學模型的工藝性能不好。在曲面展開后，針對應用unfold命令展開的曲面，在進行展開數(shù)模創(chuàng)建時有兩種方案生成數(shù)模：方案一、按展開后平曲面直接按曲面增厚形式生成腹板面；方案二、將展開后的平面外緣提出，用草圖拉伸壁板實體的厚度。經(jīng)過生產(chǎn)實際對比，采用方案二生成的實體曲面品質(zhì)更好，同時也便于數(shù)控編程。

2.3 關(guān)重尺寸把握到位

在飛機生產(chǎn)中，有很多重要結(jié)構(gòu)件，比如：框、梁、肋、骨架等，是飛機的主要承力部件，該類零件對于關(guān)鍵部位的尺寸精度、位置精度、形位公差等要求很高，只有懂得裝配、機加熱處理等專業(yè)知識、加工要點、工藝規(guī)程，才能設(shè)計出面向設(shè)計的三維數(shù)學模型，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

首先，在草圖的設(shè)計過程中要考慮并保證關(guān)鍵尺寸，確保不出現(xiàn)關(guān)鍵尺寸沒有完全約束或過約束的現(xiàn)象出現(xiàn)。其次，為了保證數(shù)模的工藝性注釋內(nèi)容必須清晰、正確，將尺寸公差、形位公差、基準面等關(guān)重因素在數(shù)模中通過三維注釋表達清楚。最后，做好數(shù)模的裝配干涉檢查，每一個零件不是孤立存在的，都需要有裝配協(xié)調(diào)關(guān)系，將相關(guān)的零部件數(shù)模利用CATProduct模塊進行裝配干涉檢查，確保零件的互換協(xié)調(diào)。

2.4 數(shù)模的倒角問題

到了倒角這一步可以說是整個設(shè)計的收口工作，倒角質(zhì)量也是影響整體數(shù)模工藝性的關(guān)鍵因素，規(guī)避設(shè)計陋習，優(yōu)化倒角順序才能保證數(shù)模質(zhì)量好，數(shù)控編程會非常順暢。

首先，一般來講對數(shù)模整體，應遵循先四周再底面的倒角原則，即先處理垂直于腹板面的倒角，再處理平行腹板面的倒角。很多時候設(shè)計員會發(fā)現(xiàn)很多零件數(shù)學模型工藝上無法實現(xiàn)，這很大程度上是由于倒角次序不同生產(chǎn)的。如果先進行平行于腹板面的倒角，再進行垂直于腹板面的倒角，零件形狀就會失真，這個時候要考慮改變倒角順序了。

另外，對于臺階高度小于倒角半徑的部位，需要選擇臺階棱線作為限保留元素以保證倒角成功。如果出現(xiàn)對在一個面上相互平行、高度不同的棱線進行倒角情況時，必須按照從高往低倒角的原則，避免出現(xiàn)由于臺階高度不夠?qū)е旅顭o法實現(xiàn)。

最后，強調(diào)幾個細節(jié)：連續(xù)的底角構(gòu)成的封閉區(qū)域內(nèi)無通孔時，選擇底面比選擇棱線更為方便；同一類型的倒角可以采用一次命令設(shè)計，但在腹板兩側(cè)的倒角應分成兩次操作；一個倒角操作中選取的倒角邊不應超過20個，避免運算量太大，影響后期更改維護。

3 結(jié)束語

MBD技術(shù)大大地推進了飛機設(shè)計、制造的經(jīng)度和效率，但是任何技術(shù)創(chuàng)新都需要，技術(shù)人員不斷更新設(shè)計思路，開拓新技術(shù)，在設(shè)計之初充分考慮數(shù)模的工藝性，會減少設(shè)計的重復設(shè)計更改，提高零件的制造精度和生產(chǎn)周期。

參考文獻

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