面向制造的雙曲度蒙皮零件數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)方法研究

摘 要：基于CATIA V5R18環(huán)境，提出了一種應(yīng)用于雙曲度蒙皮零件生產(chǎn)檢驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，在數(shù)字化的條件下，以蒙皮工程數(shù)學(xué)模型為數(shù)據(jù)來源源，建立滿足工裝拉伸成形、銑切成形和自動(dòng)定位的平臺(tái)，將蒙皮零件內(nèi)外的銑切槽，依據(jù)生產(chǎn)工藝環(huán)境，重新定義銑切槽輪廓尺寸，規(guī)范三維坐標(biāo)下基準(zhǔn)面的選取和銑切余量線的設(shè)計(jì)方法，使之成為雙曲度蒙皮類零件行之可效的數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)規(guī)范。

關(guān)鍵字：數(shù)字化，雙曲蒙皮，銑切數(shù)學(xué)模型，銑切余量線

1.引言

蒙皮零件是維持飛機(jī)外形的一類鈑金零件。雙曲度蒙皮與飛機(jī)內(nèi)部銜接部分，需滿足框，長桁，梁等承力骨架的機(jī)構(gòu)安裝要求，隨著雙曲度蒙皮尺寸增加、曲率變大等特點(diǎn)，減輕其自身重量并保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度成為主要問題。在雙曲度蒙皮的設(shè)計(jì)過程中，為達(dá)到上述要求，在蒙皮內(nèi)側(cè)留有部分銑切巣，已達(dá)到減輕重量的目的，這給零件的生產(chǎn)加工帶來更高的技術(shù)要求。CATIA V5系統(tǒng)中的曲面創(chuàng)成式設(shè)計(jì)環(huán)境為雙曲度蒙皮零件的數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)提供了一個(gè)曲面應(yīng)用功能。

根據(jù)工藝環(huán)境，基于MBD技術(shù)要求，在數(shù)字化的條件下，基于CATIA V5R18環(huán)境，重新定義三維坐標(biāo)下基準(zhǔn)面的選取和銑切余量線的設(shè)計(jì)方法，規(guī)范雙曲度蒙皮類零件數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)方法，提高雙曲度蒙皮零件制造的便捷性和準(zhǔn)確性。

2.雙曲度蒙皮零件相關(guān)內(nèi)容

2.1.雙曲度蒙皮零件定義

所謂雙曲度蒙皮零件就是曲率較大，蒙皮扭曲方式局部不同，安裝于飛機(jī)外側(cè)，是機(jī)身氣動(dòng)流線外形的表現(xiàn)，多數(shù)情況下由多個(gè)理論曲面拼接而成，蒙皮內(nèi)側(cè)有規(guī)則的銑切槽，用于減輕自身重量，并保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和滿足零件安裝條件。

2.2.雙曲度蒙皮零件數(shù)據(jù)集

雙曲度蒙皮零件數(shù)據(jù)集系為在數(shù)字化條件下，結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，將零件生產(chǎn)成型、定位等信息一并匯集在三維數(shù)學(xué)模型中，是零件生產(chǎn)的橋梁紐帶。雙曲度蒙皮零件數(shù)據(jù)集中銷釘孔、K孔用于零件成型和裝配定位，銑切余量線用于熱處理邊界保護(hù)線確定。

3.雙曲度蒙皮零件數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)規(guī)范

3.1.理論曲面選取方式

確定雙曲度蒙皮零件的理論曲面，選取蒙皮零件的上外緣。理論曲面即上外緣的確定方法為：忽略銑切格所在曲面，確定蒙皮與胎的放置方法，將非貼胎面定位理論曲面所在位置即零件表面面對(duì)加工人的面為上外緣。明確數(shù)學(xué)模型中銑切加工曲面，區(qū)別設(shè)計(jì)的工程理論曲面（加工蒙皮零件的成型胎分凹、凸兩種，為方便后續(xù)的銑切線編程和銑切樣板的加工，需按上述方法確定理論曲面）。

3.2.提取銑切邊界線提取步驟

3.2.1.提取命令使用方法

選擇提取 命令，將有銑切部分的曲面提取出來，拓展類型選擇“切線連續(xù)”，即可省略將曲面結(jié)合的步驟。此命令提取的曲面是銑切槽上表面的鏤空曲面。

3.2.2.邊界定義命令使用方法

提取銑切蒙皮曲面邊界，選擇邊界定義 命令，曲面選擇4.2.1步驟提取的曲面，鏤空曲面上的邊框可一次全部提取出來。

3.2.3.銑切區(qū)域提取方式

將提取出的邊界按區(qū)域炸開，選擇命令 ，拆解命令中，選擇僅限域方式。

3.2.4.法線方向投影

將提取的銑切邊緣線按法向方向，投影到步驟4.2.1中選擇出的理論曲面，選擇“投影”命令。數(shù)控五坐標(biāo)機(jī)床車刀進(jìn)給方式為法向運(yùn)動(dòng)，投影方式為法向方向與車刀運(yùn)行方式相同。

3.3.繪制銑切余量線和5mm等寬線

鋁合金類蒙皮零件在加工化學(xué)銑切區(qū)域時(shí)，在充分考慮銑切溶液、銑切保護(hù)膠和銑切材料，用銑切過程中橫向腐蝕與腐蝕深度的比值得出浸蝕比，將侵蝕比值列為化學(xué)銑切的余量，在三維數(shù)學(xué)模型中，將帶有侵蝕比的數(shù)值反應(yīng)出來，即為銑切余量。用平行曲線命令，將帶有侵蝕比值的銑切線在三維數(shù)學(xué)模型中繪制出來，即為銑切余量線，并同時(shí)在銑切余量線的外側(cè)繪制出5mm等寬線.

圖 1 數(shù)據(jù)集規(guī)范示圖

3.4.雙曲度蒙皮零件數(shù)據(jù)集中銑切信息的表達(dá)方式：

銑切余量數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)樹要求：在結(jié)構(gòu)樹中增加“工藝信息”幾何圖像集，在其下增加“銑切信息”幾何圖像集，如零件有多個(gè)銑切區(qū)域，每個(gè)銑切區(qū)的制造信息在結(jié)構(gòu)樹上分別放置，在銑切信息幾何圖形集下，增加銑切區(qū)1、銑切區(qū)2……。

4.創(chuàng)新點(diǎn)

4.1.人性化

確定雙曲度蒙皮零件的理論曲面方式，原為找到飛機(jī)工程曲面所在位置，將其定義成銑切理論曲面。本文將理論曲面重新定義，忽略銑切區(qū)域所在零件的內(nèi)部或外部，確定零件與胎的放置位置關(guān)系，將非貼胎面定位理論曲面，即零件表面面對(duì)加工人的面為理論曲面。此定義方式方便加工人查看銑切區(qū)域，隨時(shí)確認(rèn)零件的加工過程，增強(qiáng)數(shù)學(xué)模型的可視性的同時(shí)提高了加工便捷程度。

4.2.規(guī)范化

將雙曲度蒙皮零件加工需要的銑切余量線和5mm等寬線同時(shí)定義在三維數(shù)據(jù)集中，規(guī)范理論曲面的選取方式、銑切余量線和5mm等寬線的繪制方法、結(jié)構(gòu)樹的生長方式，使之在設(shè)計(jì)員中推廣使用，提高設(shè)計(jì)效率和使用的便捷性。

5.結(jié)論

本文通過雙曲度蒙皮零件數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)規(guī)范的確立，明確理論曲面的選擇方法，將此數(shù)據(jù)集的設(shè)計(jì)方法全面推廣，提高了工作效率；等寬線的引入，提高了銑切線編程的準(zhǔn)確性，在繪制銑切線時(shí)，等寬線可以驗(yàn)證銑切線的準(zhǔn)確性，并且在加工過程中，可以隨時(shí)控制銑切線的偏差。雙曲度蒙皮零件數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)方法，不但提高設(shè)計(jì)員的工作效率、降低設(shè)計(jì)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)過雙曲度蒙皮零件實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，本方法不僅提高設(shè)計(jì)效率而且精度完全符合工程要求。

參考文獻(xiàn)

[1]范玉青. 現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2005

[2]中航工業(yè)沈飛制造工程部.工藝員手冊(cè)第二分冊(cè)模線樣板及制造數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)管理[K].沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司內(nèi)部資料，2009.

[3]金鑫等. 縮短銑切成形樣板加工時(shí)間QC總結(jié).沈飛公司制造數(shù)據(jù)中心.2012