鈑金工藝數(shù)學(xué)模型的快速設(shè)計(jì)

金鑫

摘 要：本文主要描述基于原始鈑金工程數(shù)學(xué)模型，按模胎成型零件的數(shù)學(xué)模型快速設(shè)計(jì)方法。依據(jù)原鈑金零件的工程模型，將工程數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為工藝數(shù)學(xué)模型，著重分析不同設(shè)計(jì)方法得到的模型區(qū)別，力求工藝數(shù)學(xué)模型的精確性，總結(jié)出一套鈑金工藝數(shù)學(xué)模型的快速設(shè)計(jì)方法，填補(bǔ)了因數(shù)學(xué)模型的工藝性，零件成型后的尺寸偏差問(wèn)題，提高鈑金零件的一次交檢合格率。

關(guān)鍵詞：鈑金零件；建模；曲面替換；CATIA

中圖分類號(hào)：V26 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

飛機(jī)是工業(yè)制造和科技的結(jié)晶，在組成飛機(jī)的眾多零部件中鈑金零件能夠占到總零部件的近7成左右。在飛機(jī)鈑金零件的加工中主要采用的有傳統(tǒng)的手工敲修、落壓、沖壓等方式.鈑金零件的成型基礎(chǔ)為工程數(shù)學(xué)模型的理論形狀，將其平整的展開(kāi)后再下料、加工成型。鈑金零件的準(zhǔn)確成形與鈑金件加工中的工藝數(shù)模的設(shè)計(jì)質(zhì)量有著極為密切的聯(lián)系。為提高飛機(jī)鈑金件的加工精度在鈑金零件工藝數(shù)模的設(shè)計(jì)中需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)在飛機(jī)鈑金零件原有工程數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)原零件材料、厚度、理論形狀等參數(shù)，快速擬合彎曲曲面，再按彎曲曲面重新設(shè)計(jì)鈑金工藝數(shù)模，在這一過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)鈑金零件工藝數(shù)學(xué)模型的快速設(shè)計(jì)可以從數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)的三大層面入手：彎曲曲面的提取、工藝數(shù)模的建立、下料數(shù)據(jù)的對(duì)比，通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)在確保設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)于鈑金工程數(shù)學(xué)模型的快速設(shè)計(jì)、建立。

1 彎曲曲面的提取

鈑金零件彎邊為直彎邊即彎邊線為直線時(shí)，提取彎曲曲面為平面，但仍有很多鈑金零件的彎邊與飛機(jī)框架或蒙皮相連接，故彎邊面一般為曲面，需要考慮提取彎邊曲面的尺寸大小及原理論曲面，確保曲面誤差在允許范圍內(nèi)。

1.1 彎邊曲面擬合問(wèn)題的解決辦法

在CATIA V5軟件中，常用的快速重構(gòu)曲面方法可分為：理論曲面提取重構(gòu)和截面線擬合曲面，兩種方式。

1.1.1 理論曲面提取重構(gòu)

采用理論曲面提取重構(gòu)方式，當(dāng)彎邊曲面為單曲率時(shí)，可采用快速曲面構(gòu)建方法，提取彎邊和腹板的外形線、彎邊方向線，用掃瓊命令，快速建立彎邊控制面；當(dāng)彎邊曲面為雙曲面時(shí)，可將原彎邊面提取出來(lái)，邊緣不規(guī)整處做修剪處理，再曲率延伸，將控制面擴(kuò)大到可容彎邊建立即可。

1.1.2 截面線擬合曲面法

截面線擬合曲面方法適用于多數(shù)的曲面建立，選取適量的截面線數(shù)量，通過(guò)截面線，可快速建立彎邊曲面。我們要找到做彎邊曲面的曲面，擬合曲面的兩個(gè)方向，曲面的長(zhǎng)度方向和寬度方向的3條曲線，在長(zhǎng)度方向上做等距離的切面線，將寬度方向的切面線按長(zhǎng)度方向做多截面，形成彎邊曲面。

這里需要注意：當(dāng)曲面非規(guī)整形狀，即周邊有曲線、特定形狀需要表達(dá)，這時(shí)再提取的部位截面線應(yīng)盡量多些，在生成曲面的過(guò)程中，如無(wú)法得到原有曲面的邊界線時(shí)，可以提取原曲面的邊線，投影到曲面上，將多截面得到的曲面適當(dāng)增加尺寸，這樣邊線可完整地投影在新生成的彎邊曲面上，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)男藜?，這樣能得到符合要求的彎邊曲面。

1.2 誤差分析

彎邊曲面以腹板和彎邊交叉線作為引導(dǎo)線生產(chǎn)掃瓊曲面，兩條曲線控制生成的曲面適用曲面形狀較為簡(jiǎn)單，誤差小，當(dāng)曲面形狀較為復(fù)雜時(shí)，適用于截面線擬合曲面法。曲面線擬合法是將彎邊曲面以多截面形式分割，生成的曲面截面線定義為關(guān)鍵線，橫縱兩種關(guān)鍵線相互交織，其交點(diǎn)稱之為確定點(diǎn)。將生成的截面線用“截面線擬合曲面法”擬合的曲面進(jìn)行分析，分別從關(guān)鍵線長(zhǎng)度誤差、確定點(diǎn)擬合關(guān)鍵線長(zhǎng)度進(jìn)行誤差分析，判斷誤差較小，符合重構(gòu)彎邊曲面的要求。

2 工藝數(shù)模的建立

2.1 曲面替換法

彎邊鈑金數(shù)模與原理論狀態(tài)下的數(shù)模相比，區(qū)別在于原理論數(shù)模為快速完成設(shè)計(jì)，采用機(jī)加模式建立，這種建模的優(yōu)點(diǎn)是：建模時(shí)間短、建模效率高、建模方法簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是數(shù)學(xué)模型的工藝性差，為提高數(shù)學(xué)模型的工藝性，在原理論狀態(tài)下，將模型鈑金化，最大程度地還原鈑金零件，我們可用 “曲面替換法”，完成建模過(guò)程。具體步驟如下。

2.1.1 腹板面的選取

分析原數(shù)學(xué)模型，會(huì)出現(xiàn)兩種情況，腹板面為工藝腹板面和非工藝腹板面，確定工藝腹板面，將非工藝腹板面重新構(gòu)建為工藝腹板面，完成鈑金工藝建模的第一步。

2.1.2 曲面處理

曲面處理為建立鈑金工藝數(shù)模的關(guān)鍵步驟，快速設(shè)計(jì)方法既是在原有工程模型的基礎(chǔ)上，將彎邊的曲面提取出來(lái)，用上文介紹的彎曲曲面提取方法，再運(yùn)用鈑金命令將零件彎邊設(shè)計(jì)出來(lái)。如零件的邊界有特定形狀，或邊界有特定尺寸要求時(shí)，需要做出邊界線。

2.1.3 鈑金工藝建模

將前兩步準(zhǔn)備完成的腹板面、彎邊曲面、控制線等，一并納入鈑金建模中，完成鈑金工藝建模三要素的準(zhǔn)備工作，可快速提升建模速度。如原彎邊有控制邊界，需要重新確定邊界，在步驟2中，選取新的邊界。

曲面替換法適用于多數(shù)鈑金工藝建模，當(dāng)零件腹板面有形狀需要表達(dá)，在建立腹板平面時(shí)，可預(yù)先按原數(shù)模形狀現(xiàn)行設(shè)計(jì)零件、腹板的凹形，在設(shè)計(jì)腹板面可提取原數(shù)模形狀，亦可在完成數(shù)模后，再添加形狀控制。彎邊控制線的使用方式也可分為兩種，一種為在做彎邊曲面時(shí)，將控制線預(yù)先投影到彎邊曲面上，再做彎邊，或是彎邊完成后，再用控制線控制彎邊形狀。當(dāng)彎邊有下陷或多重下陷結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)采用“曲面替換法”時(shí)，需要分別提取曲面，或確定下陷深度和方向，也可做出復(fù)雜的彎邊結(jié)構(gòu)。

3 下料數(shù)據(jù)的對(duì)比

原鈑金工藝數(shù)模，多為三維實(shí)體數(shù)模，需要根據(jù)零件材料厚度、內(nèi)半徑、彎邊高度、彎邊角度計(jì)算展開(kāi)后的尺寸，來(lái)確定下料數(shù)據(jù)。按鈑金工藝數(shù)模的快速設(shè)計(jì)方法，在原有鈑金數(shù)模的基礎(chǔ)上，按上述方法進(jìn)行快速建模，剝離了材料厚度、彎邊高度等參數(shù)計(jì)算展開(kāi)后的尺寸，可直接在軟件中，得到展開(kāi)后的下料數(shù)據(jù)，極大程度上的方便了鈑金工藝性的回歸。表1中列取實(shí)體數(shù)模和工藝數(shù)模在進(jìn)行下料數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，分別需要考慮的因素，當(dāng)需要按部實(shí)體數(shù)模進(jìn)行工藝生產(chǎn)時(shí)，實(shí)體數(shù)模需要考慮材料厚度、內(nèi)半徑、彎邊角度等5個(gè)要素，分項(xiàng)查表，最后得出下料數(shù)據(jù)，而按實(shí)體數(shù)模建立的工藝數(shù)模，免去查表、測(cè)量的時(shí)間，一步得到下料數(shù)據(jù)，方便、快捷。

注意：因零件下料到滿足工藝生產(chǎn)，在傳統(tǒng)的工藝數(shù)模下料后，仍需對(duì)部分位置增加補(bǔ)償。工藝數(shù)模較實(shí)體數(shù)模相比，對(duì)后續(xù)的工藝生產(chǎn)，起到承上啟下的作用，最大限度地完成工藝準(zhǔn)備，提高零件批產(chǎn)效率。

結(jié)語(yǔ)

為提高鈑金工藝數(shù)模設(shè)計(jì)效率，本文從數(shù)模設(shè)計(jì)的典型三大環(huán)節(jié)入手就如何做好工藝數(shù)模的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析介紹。新的鈑金數(shù)模設(shè)計(jì)方法在確保設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效地提高了數(shù)模設(shè)計(jì)的效率。

參考文獻(xiàn)

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