飛機座艙壓板類零件展開數模設計方法探索

摘 要：飛機座艙壓板類零件具有外形較窄、材料較薄、強度也較差、銑切區(qū)形狀復雜、成形曲度大等特點，在制造的過程中，展開數模的設計成為零件加工的關鍵環(huán)節(jié)。文章以飛機座艙前壓板零件為例，介紹基于MBD技術條件下飛機座艙壓板類零件面向制造的展開數模設計、校正方法，論述了具體的解決方案，提出了展開數模的設計方法，解決了飛機座艙類零件在加工中反復校正展開件數據的問題。

關鍵詞：展開數模；二維展開數據；工程數據集；展開件數據

中圖分類號：V260；TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0018-02

1 概 述

設計所設計的飛機座艙壓板類零件三維工程數據集都是基于飛機理論外緣的高曲度模型，在實際生產加工的過程中，需要展開成為三坐標加工的平面數模，便于數控加工，之后再成型。

隨著MBD技術在國內外軍民機生產中的普遍應用，使得飛機零件的加工及裝配精度都非常高，各零、組部件的互換協調性也大幅度的提高，展開數模作為飛機數字化生產的首道工序，設計精準的展開數模成為了整個零件生產的關鍵環(huán)節(jié)，關系到零件的下料及銑切區(qū)的加工情況，并直接影響零件成形之后的精度。

設計高精度的展開數模直至零件交付到裝配部門是一個復雜及漫長的過程，需要經過反復的展開校正，基本流程，如圖1所示，起初利用CATIA V5軟件的展開功能將壓板類零件的曲面及銑切區(qū)邊緣線一并展開，形成二維展開數據，根據二維展開數據及參考零件的三維工程數據集的實際和裝配部門來設計三維的展開數模。

零件生產廠根據三維展開數模編程，數控銑切出平板零件，之后平板零件在到鈑金廠成形，如果成形后的零件不符合工程數據集的尺寸要求，鈑金廠則根據模胎上的劃線向展開數模設計單位提供該零件的展開件數據，設計單位則將展開件數據掃描到計算機內，再根據展開件掃描數據，重新設計展開數模，此過程循環(huán)往復，直至零件成形后符合飛機實際裝配的精度要求。

下面以飛機座艙前壓板零件為例，針對壓板類零件外形較窄、銑切區(qū)形狀復雜、材料較薄、強度也較差、成形曲度大等特點，基于MBD技術，改進展開數模校正的流程，可以更好的解決軍機生產中遇到的難題。

2 減小曲面和銑切區(qū)邊緣線展開的誤差

2.1 情況說明

運用CATIA V5軟件的展開功能，將零件曲面及銑切區(qū)邊緣線延展成在平面的二維數據，由于座艙處飛機理論外緣曲度較大，展開的曲面及銑切區(qū)邊緣線失真嚴重，所產生的誤差較大。飛機座艙前壓板零件的工程數據集實體，如圖2所示。

2.2 解決方案

由于飛機座艙壓板零件左右形狀對稱的特點，在工程數據集中，根據飛機對稱軸線將壓板零件進行分割，保留其分割的一部分進行曲面及銑切區(qū)邊緣的展開。如果銑切區(qū)邊緣線在展開的過程中依然失真嚴重，則只展開曲面，等到零件展開后的輪廓線，將展開后的平面輪廓線提取，用草圖拉伸零件實體的厚度，在拉伸出實體后，對工程數據集中零件實體的銑切區(qū)尺寸進行測量，根據測量所得出的銑切區(qū)尺寸在之前拉伸的實體上進行偏移，并進行分割修剪，以至展開數模中的所建實體符合工程數據尺寸要求，最后將所建實體關于分割面進行鏡像，得出最終的展開數模。

3 減少展開校正的次數

3.1 情況說明

由于鈑金廠工人的成形手法及成形方向每一次都不盡相同，即使是根據展開件的掃描數據所設計的展開數模，也無法保證零件可以精準成形，所以展開校正的此數往往是多次的；另外，展開件的情況也基本和零件成形的情況大致相同，操作的工人不同，成形的手法不一，所以當前的展開件數據同上一次提供的展開件數據相比，并非是更加的完善，成形的情況無法預料，事實上，鈑金廠工人每提供一次展開件數據就相當于零件的加工過程重新開始一次，校正過程成為一個循環(huán)反復的過程。

3.2 解決方案

展開數模設計部門在最初運用CATIA V5軟件的展開功能展開曲面之后，應將所得出的二維展開數據畫成膠版與鈑金廠模胎胎線相對照；如果膠版的彎曲情況無法替代零件材料成形時的收放料的實際情況，則可以請鈑金廠工藝員協助，讓鈑金廠工藝員根據此二維展開數據先對此零件下料，再在模胎上成形，與胎線對照，將相差之處記錄下來，向展開數模設計部門反饋，設計部門根據反饋情況更改二維展開數據，反復與模胎胎線對照，待二維展開數據逐步完善之后，再設計三維展開數模，向零件加工廠提供高精度的三維展開數模，以至順利的成形，交付。改進后座艙壓板零件加工基本流程，如圖3所示。

如果運用CATIA V5軟件的展開功能展開曲面所得到的二維數據與模胎胎線對照結果無法作為更改依據，此二維展開數據失真嚴重無更改的必要，鈑金廠工人則提供展開件數據，根據展開件數據掃描所得到的二維展開數據再與模胎相對照，直至二維展開數據完善。

4 修正展開件掃描數據的精度

4.1 情況說明

運用CATIA V5軟件的展開功能展開的曲面所設計的展開數模，投入零件生產，所加工的平板零件在鈑金廠成形后往往是無法達到工程數據集中的尺寸要求，因此鈑金廠的工人則要參考此零件及工裝模胎上的胎線，為設計展開數模部門提供展開件數據。

由于飛機座艙壓板類零件材料薄、強度差的特點，鈑金廠工人所提供的展開件邊緣線粗糙，并偶爾出現開裂現象，經過掃描儀掃描之后，所得到的二維展開數據集邊緣線退化元素較多，甚至產生缺口。

4.2 解決方案

運用AUTO CAD軟件，將展開件掃描數據所生成的二維展開數據集進行修復，將邊緣線修復成圓滑的過渡曲線，刪除退化元素，之后逐一檢查二維數據的連通性。

在對二維數據集進行修復的整個過程中，要在保證在公差范圍內的基礎上，本著線條向零件邊緣向外擴展的修復原則，防止在修復的過程中將二維展開數據的尺寸縮小，而導致零件在后續(xù)的生產中下料不足使零件報廢的情況發(fā)生。

在運用CATIA V5軟件構件草圖拉伸實體厚度之前，先將導入的二維展開數據線條光順，以保證在后續(xù)的設計展開數模中銑切區(qū)邊緣線及按尺寸偏移邊線操作的順利進行，并且保證構建展開數模實體的表面粗糙度符合實際生產時數控編程的工藝要求。

4.3 注意事項

①在對二維展開數據修復的過程中，為防止掃描數據的偏差，將二維展開數據邊緣線線輪廓整體向外偏移0.3 mm，以保證零件生產中下料的足夠程度，防止下料偏小而導致的零件報廢。

②在刪除退化元素的過程中，首先要使用AUTO CAD軟件中的“分解”功能，以保證退化元素完全被刪除、修復。另外，零件經過數控加工生產之后，需要使用外形（展）樣板對加工出的平板零件進行驗證，在制作外形（展）樣板時，激光切割程序中如存在連續(xù)的長度<1 mm的碎線時，切割容易出現燒損，所以在修復過程中，要將連續(xù)的長度<1 mm的碎線做相應的處理，同時也為后續(xù)的光順操作提供便利的保障。

③使用展開件掃描數據所設計的展開數模，銑切區(qū)的確定需要根據測量工程數據集所知的尺寸對邊緣線進行偏移，但是展開件數據往往是帶有一部分的工藝余量，略大于工程數據集中的尺寸，在這種情況下，對于銑切區(qū)尺寸的處理方法則是符合工程數據集尺寸即可，將余量部分保證在無銑切區(qū)處，以保證裝配過程中出現問題則還銼修的余地，避免產生零件尺寸不足而導致的零件直接報廢。

5 結 論

當前MBD技術大量應用于飛機的制造過程中，對于工藝設計，二維工藝規(guī)劃方法不能直接利用全數字化MBD模型，如何能夠靈活的解決飛機座艙壓板零件在生產加工過程中出現的不同問題，能將數字化技術當下的生產實際相結合，并得到廣泛的應用，是整個行業(yè)不斷探索的重要內容。

參考文獻

[1] 范玉青.現代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.