應用CATIA V5設計鈑金件的問題分析及解決辦法

馬清

摘 ?要：CATIA V5是高級的計算機輔助設計軟件，目前已廣泛應用于航空航天等行業，我們飛機結構設計人員在應用CATIA V5軟件設計航空鈑金零件時，常會遇到由于各種原因造成三維實體的外形無法生成的問題。文章列舉了建模過程中幾種常見的問題，并簡單分析其原因及解決辦法，可供相關設計人員借鑒參考，具有一定的實際指導意義。

關鍵詞：航空鈑金件;三維模型;彎邊;下陷

中圖分類號：TBl8;TB472 ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0003-02

1 ?概 ?述

目前，在飛機零件數字化建模過程中，我們設計員應用的是CATIA V5軟件。由于CATIA V5軟件中航空鈑金模塊功能還不是非常完善，對設計員的建模方法和技巧及用于生成三維實體模型的輔助元素的要求都很高，初次應用此軟件進行航空鈑金零件的設計必將遇到諸多問題。在鈑金件建模過程中遇到的問題主要有彎邊無法用鈑金模塊功能直接生成和下陷做不出來等。但這些問題并不是沒有辦法解決的，只是經驗和技巧的問題，這就需要設計員找出軟件功能的弊端，了解需要完善哪些生成實體的輔助條件。出現問題后，首先確定問題出在哪里，分析是什么原因導致功能無法實現，然后找出解決辦法。

2 ?彎邊問題及處理

既然稱之為鈑金件，必然就要涉及彎邊的加工。在車間實際生產中，大部分彎邊比較容易加工出來，但在計算機上進行三維實體模型設計時，由于軟件功能的限制、對輔助彎邊生成的二維元素的嚴格要求等因素導致彎邊的生成并不很容易。建立鈑金件模型要具備幾大基本要素：首先在平面內作出一個完全閉合的草圖，然后用航空鈑金模塊中的Web功能生成一薄板;其次就是要有生成彎邊的支撐曲面，確定好彎邊方向，輸入彎邊所需的高度值，這樣可以直接便捷的做出可展開的鈑金零件。即使具備了上述要素，如果不注意細節問題，同樣導致無法實現彎邊功能。如果出現問題，有下述幾種情況。

2.1 ?曲面是否光順

用來生成彎邊的支撐曲面片要保證是一塊完整光順的曲面，不能是兩塊或多塊曲面片的拚合體，即使用Join功能連結到一起也不可以。如果曲面片不連續光滑，甚至有階差，就更不可用了。因此若出現問題首先要想到曲面是否完整光順，經過曲面分析發現如果曲面不光順，要先進行曲面光順處理，即重新生成一塊曲面片，但要注意保證處理的精確性，以免曲面失真太大，影響零件彎邊外形。CATIA界面提示錯誤如圖1所示。

2.2 ?曲面片是否過大

在飛機上大量使用的鈑金件，幾乎都要有一側的彎邊和飛機的理論外形相貼合。由于飛機理論外形曲面在局部區域曲率變化很大，如果生成彎邊時直接采用很大一塊曲面片，很容易出現由于曲面沿飛機航向方向曲率變化大從而導致彎邊不能生成的情況。經驗證明修剪支撐曲面片，使其沿彎邊方向長出彎邊實際高度10 mm左右即可，此外其伸出彎邊兩端的長度也不宜過大，一般為5 mm即可。特別當遇到沿機身框緣方向曲率變化較大處的曲面時，而且彎邊段又不經過此處，一定要把多余的曲面長度裁剪掉，否則將會遇到問題;此外，如果彎邊起始端和終止端的曲率很大，則需修剪曲面或自己做一個用來支撐彎邊的曲面片，但要保證曲面片伸出彎邊兩端一定的長度，不能為零或太小，否則彎邊功能無法實現。界面提示錯誤，如圖2所示。

2.3 ?是否存在間隙

彎邊支撐曲面片和要彎邊的薄板邊緣之間為零間隙或間隙足夠?。ㄐ∮?.5 mm），甚至邊緣和曲面片相交，彎邊都可以生成。若間隙值過大，CATIA界面就可能會提示出現錯誤，彎邊生成失敗。因此在確定彎邊所需的支撐曲面片并完善之后，在作生成薄板用的草圖時，需要彎邊的輪廓線盡量要由該曲面片相交生成，這樣才能保證生成的薄板邊緣（需生成彎邊一側）與曲面片之間沒有間隙，避免出現問題。如圖3所示。

2.4 ?草圖是否存在問題

草圖是用來生成鈑金件薄板的，是鈑金件建模的基礎。很多航空鈑金件外形較復雜，如果彎邊之后再進行各種外形加工比較困難，所以應在草圖中盡量完成輪廓的外形要求，如果草圖處理不當，也會導致問題的出現。例如：當需要彎邊的輪廓和無需彎邊的輪廓之間有位置差，要用圓角連結;但圓角半徑要足夠大，如果位置差尺寸過小，連結圓角半徑小于最小鈑彎圓角半徑，則彎邊不能生成。另一種情況是當兩個方向不同但又相鄰的輪廓邊緣都需要彎邊時，在草圖中就要畫出止裂孔，如果止裂孔半徑過小，也會出現上述問題，所以止裂孔半徑要大于最小鈑彎圓角半徑。如圖4所示。

3 ?下陷問題及處理

由于大型飛機結構上有大量長桁的布置，使得鈑金框或者鈑金連接件經常涉及在彎邊上加工下陷以躲避長桁的情況。建模時，CATIA V5軟件的航空鈑金模塊中有直接生成下陷的功能，但能否順利便捷的生成滿足設計和工藝要求的各種尺寸的下陷，要受到很多因素的制約，其中包括需要所下陷的彎邊是否完善、下陷起始平面如何確定、用來支撐彎邊的曲面片曲率等。下面分別就5種情況進行簡單的分析。

3.1 ?彎邊的問題

鈑金件的下陷一般都做在彎邊上，所以在做下陷之前，先要生成彎邊，而沒有經驗的設計員在生成彎邊時很少考慮彎邊之后應用下陷功能是否可行。當CATIA界面出現錯誤提示時，往往就是因為生成彎邊用的支撐曲面片不夠完善，沒有進行光順處理，即使碰巧彎邊能夠生成，但若在這樣的彎邊上再繼續應用下陷功能做下陷，就會遇到下陷不能生成的情況。因此，如果我們設計的鈑金件有下陷，在做彎邊時就要注意細節問題，首先保證生成的彎邊正規合理，為后續工作提供便利。

3.2 ?下陷起始平面的問題

這類問題涉及到的主要是起始面如何確定、在哪確定。按照飛機結構和裝配要求，鈑金件上的每個下陷都有其準確的定位，要想生成下陷，必須先確定一個起始平面。一般來說，我們在確定該平面位置時，都是在彎邊上或者附近做出一平面，這樣定位比較容易和直觀。然而在生成這一平面時，若是用到了生成鈑金薄板的草圖輪廓線或者在已生成的彎邊實體上提取點、線、面等二維元素來輔助生成下陷起始平面的話，則采用該平面做下陷是行不通的。其原因是下陷以后，鈑金件的彎邊輪廓已經變形，原來一些與之相關的二維元素已經無效，導致生成的平面不可用，自然而然下陷功能就不能實現?？傊?，為避免此類問題的發生，在生成下陷起始平面時，不能圖方便，采用已生成三維實體上的元素。否則就會出現問題，如圖5所示。

3.3 ?生成彎邊的支撐曲面的曲率問題

除了上述兩種情況之外，也就是認為彎邊和確定起始平面都沒有問題時，如果遇到下陷不能生成的情況，原因可能是彎邊曲率變化太大，而給出的下陷深度不合適，下陷長度太小，所以無法實現下陷功能。解決的辦法可以考慮在工藝允許的情況下更改下陷深度和長度。

3.4 ?下陷生成的先后順序問題

當一個曲率變化較大的彎邊上有多處下陷時，做下陷的先后順序，即選擇從彎邊的兩端的哪一端開始也是要考慮的問題。有時候從這一端開始做不出來，可以考慮從另一端開始。一般而言，應該從曲面較平滑，曲率變化較小的一側開始依次做下陷，而且要把已經生成下陷的彎邊作為下一個下陷的基礎彎邊，然后再做下陷;但值得注意的是要重新確定一個平面作為新下陷的起始位置或終止位置。

3.5 ?止裂孔大小的問題

如果相鄰的兩個彎邊端頭都要做下陷，也會遇到問題。當預留的止裂孔不夠大，而彎邊所需下陷深度又較大時，下陷會使彎邊端頭的變形程度超出止裂孔預留空間，導致此處的下陷不能生成;此外下陷失敗還會影響到相鄰的已生成的彎邊和下陷，導致其失效。遇到這種情況時可以考慮修改草圖中止裂孔半徑的大小，使其足夠大。

4 ?結 ?語

CATIA V5軟件中的航空鈑金模塊的功能是比較復雜的，作為一名應用該軟件的設計員，要做到準確地掌握其功能并熟練地應用于實際的零件設計工作中，必須具備全面的知識和豐富的經驗，并掌握一定的技巧。以上就是筆者在長期建模工作中積累總結出來的一些經驗和技巧，僅供參考。

參考文獻：

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