樣板在MBD技術飛機裝配過程中的設計與應用

李陽 袁峰

摘 ?要：文章探討了關于MBD模型的飛機模線樣板的設計，介紹了裝配模線設計對提高裝配協調互換的重要作用，闡述了應用CATIA進行裝配模線設計的全過程，證明了裝配模線設計可以較好地提高樣板質量，并且適應新機型研制發展的趨勢。

關鍵詞：MBD模線樣板;裝配模線;互換協調;裝配;定位

中圖分類號：V262.32 ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0001-02

1 ?概 ?述

模線樣板是飛機從設計到制造之間的橋梁，是飛機制造過程中保證各類零、組、部件尺寸協調的主要手段。CAD技術的發展，使得產品設計和模線設計正在逐步靠近，模線設計已可直接調用產品的圖形信息。解決裝配過程中的協調互換問題的其中一方面，就是提高模線樣板的設計水平，使其更好的輔助生產。

隨著飛機數字化設計技術的發展，在新機研制中不斷浮現新方法和新技術，無圖設計已經在新機研制中嶄露頭角，直接依據三維數學模型開展工藝設計，指導裝配生產，完美地改善了協調互換性能，是未來飛機研制生產的趨勢。

目前研制的新機型大多采用MBD（Modle Based Definition）

技術，即基于模型的工程定義，是一個集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法體，它以參數形式涵蓋了產品尺寸、材料、設計信息、公差及其他信息。MBD技術的生產預示著飛機無圖時代的開始。基于MBD技術的飛機裝配生產協調問題，是研制生產部門需要重點考慮的問題。

如何發展模線樣板設計，以適應無圖設計的主流趨勢，使模線樣板更完美地實現飛機生產裝配過程中的協調互換，是作為模線樣板設計者面臨的一道新課題。

模線設計是樣板設計的第一步，是直接將三維數學模型轉換成二維圖紙的重要手段，是樣板設計成功與否的關鍵。MBD技術下，不僅在一個模型中體現單一零件的生產信息，還可以在一個模型中體現飛機組件的裝配信息。這為設計裝配模線提供了前所未有的便利條件。

采用裝配孔定位是飛機常用三種定位方式之一，其他兩種方式分別是：工裝夾具定位和劃線定位。裝配孔，是工藝孔的一種，是裝配組合件時，用于確定零件相互位置的。采用工裝夾具定位相比，要花費較多的時間在設計工裝上，尤其是在新機研制生產過程中，大大地加長了研制周期。由于飛機的氣動曲面設計，劃線定位許多時候無法滿足定位要求。因此，在新機研制中較多的采用了裝配孔定位的方式。模線樣板作為鉆制裝配孔的依據，如何將裝配孔準確無誤地表現在模線上，保證零件之間裝配協調，就需要合理地設計裝配模線。

所謂裝配模線，是指在同一模線中體現裝配組件之間的相對位置，并包括裝配孔等工藝信息，確保零件之間互換協調。裝配模線是結構模線的一種，它不同于普通零件模線，其區別在于：裝配模線可以同時表示兩個或多個零件，且符合三維裝配的空間定位;普通零件模線，僅表示單一零件。采用MBD技術后，裝配信息在一個數學模型中涵蓋，大大提高了設計裝配模線的效率。

如何確定是設計零件模線還是裝配模線呢？當零件之間由裝配孔定位時，設計模線樣板采用裝配模線，采用其他定位方式時，設計零件模線。因為，設計裝配模線相對零件模線要復雜，設計周期長，裝配組件中如果包括長生產周期零件，其完成進度會受到影響，進而影響整個機型的研制周期。

那么，既然設計復雜，為什么我們還要設計裝配模線呢？其實，采用單一零件模線設計，也可以體現裝配孔的工藝信息，但是由于以下幾種因素，使得裝配模線更顯優勢：

首先，設計裝配模線能夠更直觀地表示零件之間的裝配關系。

其次，裝配模線提供的裝配孔位能夠保證零件之間的相互協調。

再次，提供裝配模線，能夠提高樣板的協調性。

最后，避免由于人為設計習慣，投影面取法不統一，導致裝配孔不協調，保證了樣板的設計質量。

2 ?裝配模線的設計過程

下面以幾個設計裝配模線為例，對設計裝配模線時需要注意的問題進行闡述。

2.1 ?裝配模線投影平面的選擇

按照裝配車間提供的零件供應狀態表，設計裝配模線時，首先要確定投影裝配模線的平面，其情況有兩種：一種是組件中所有裝配孔位于同一平面的，模線取在裝配孔所在平面或其平行平面。如圖1所示。

另一種情況是裝配孔位于兩個甚至多個平面內，在一個平面內無法表示完全的，選擇形狀較大的零件腹板面未投影面（通常也是部分裝配孔所在面），其他在此投影面無法表示的裝配孔，另外在其所在平面投制模線，此類零件多為角材或T型材，其兩個面與其他零件用裝配孔定位，這類零件至少要設計兩塊樣板。如圖2所示。

2.2 ?繪制裝配模線需要表示的要素

繪制裝配模線，除了要投影出組件中各零件的外形，和裝配孔、銷釘孔、余量等工藝信息以外，還需要表明零件圖號、樣板品種及編號、軸線名稱等信息。

為了適應機型研制后期供應狀態的更改，通常在設計裝配模線時，不僅僅表示工藝孔，對于設計提供的非工藝孔，也予以表示，以便日后更改時選用。工藝孔會在十字線上標明工藝孔類型，而非工藝孔則僅以十字線表示。如此設計，可以省去樣板更改時重新投影和繪制模線的步驟，而且可以提高工作效率。如圖3所示。

另外，裝配模線通常表示各零件在投影面的外形，對于生產既需要外形又需要展開樣板的零件，將展開另行設計模線，而不是按照普通模線設計時，將外形和展開設計在一起。原因是，為了是裝配模線的線條清晰，容易理解，避免產生誤解。

2.3 ?應用CATIA裝配模線的繪制

經過分析已確定投影面和投影要素，接下來介紹裝配模線的投影過程。

首先，將要設計的組件以裝配（Product）模式在CATIA中打開，其中包括表示孔信息的文件，確定組件中零件狀態均為最新版本，且零件沒有缺漏。

其次，在Product模塊下，進入草圖編輯器，借助“投影三維元素”命令，逐個投影零件外形，及各空間點和相關軸線。投影結束后退出草圖編輯器。草圖編輯模塊投影三維元素，如圖4所示。

最后，創建新的繪圖窗口，并在繪圖窗口中，應用工具“正視圖”并在裝配窗口選擇投影平面，即可輕松將裝配模塊下的組件，以二維圖形式轉換到繪圖模塊下。剛剛轉換過來的二維視圖與裝配模塊仍保持鏈接，設計者可以進行自檢，對檢查出來的問題，在裝配模式下更改完成后，在繪圖模塊只需“更新操作后就與其一致了。待確定設計無誤，元素涵蓋全面后，即可將繪圖模式下視圖做“隔離”處理，隔離后的視圖與裝配模塊斷開鏈接。繼而完成了裝配模線的投影工作。

完整的裝配模線還需要有完整翔實的標注信息，標注是繪制裝配模線的重點之一。在標注時應注意以下幾點：

第一， 確保工藝孔位置和數目與供應狀態一致，工藝孔類型標注明確。

第二， 零件圖號標注準確無誤，注明軸線名稱。

第三， 指引線類型一致，盡量保持在同一直線上，排列整齊，避免指引線交叉。

完成的裝配模線，如圖5所示。

3 ?總 ?結

隨著產品生產數字化的不斷發展，基于三維數學模型的生產方式將逐漸替代依據二維圖紙生產模式，如何迎合數字化發展的趨勢，設計制造滿足無圖化生產需求的模線樣板，使其更有效的發揮協調互換的重要使命，是擺在工裝設計部門面前的一道難題。

本文介紹的裝配模線的設計，則是依據三維數學模型的裝配模型，將裝配組件以1：1的比例繪制聚酯薄膜上，作為生產和檢驗樣板的依據，解決了在設計具有裝配孔的樣板時，由于設計不合理或設計錯誤，引起的裝配孔不協調。在產品供應狀態需要更改時，能夠在最短時間內對樣板進行更改，滿足緊張的生產需求。裝配模線的設計，減少了由于樣板協調問題，導致飛機在裝配時無法開展的問題，較好地提高了生產和裝配的效率，保障了產品的質量，更確保了新機研制項目的順利進行。

參考文獻：

[1] 宋瀟.MBD技術在飛機結構件數控加工中的應用[J].工程建設與設 ? 計，2012，（9）.