數字化條件下三維數模在模線樣板設計中的應用

摘 要：在數字化條件下，三維數模已經廣泛應用在模線樣板的設計中。通過介紹三維數模在模線樣板設計中的應用，針對現階段三維數模在模線樣板設計中出現的問題，結合MBD技術下三維數模的特點，進一步完善三維數模。將三維數模的優勢體現在模線樣板的設計中，進而縮短模線樣板的設計與制造周期，提高設計質量。

關鍵詞：MBD技術；三維數模；制造數據集；模線樣板

在數字化技術條件下，飛機的設計及制造等方面都取得了突破性的進展，數字化的應用已經達到了相當高的程度。在一些型號的研制中已全面采用三維數字化設計、建立三維數字樣機、實現了工裝數字化定義和預裝配、實現了主要零件的數控加工，對產品數據、制造過程也開始運用相應的數字化技術手段進行管理。目前，模線樣板作為一種經濟、可靠的實用技術，還將在較長的一段時間內繼續發揮重要的作用。如何更好的提高模線樣板的設計水平，發揮三維數模的優勢是需要設計員不斷探索的。

1 模線樣板的作用

模線樣板是飛機從設計到生產的技術橋梁，是飛機幾何尺寸的原始依據。模線樣板的質量直接影響到飛機制造的質量和新機試制工作的順利進行。由于模線樣板生產是飛機制造的第一步，飛機的大部分零件和工藝裝備都需要按模線樣板制造，所以，提高模線樣板質量和生產效率有很重要的意義。

2 基于MBD技術三維數模的特點

隨著MBD技術的發展，三維實體模型已經完整表達了產品的定義信息，它詳細規定了三維實體模型中產品尺寸、公差的標注規則和工藝信息的表達方法。MBD解決了產品尺寸、公差和工藝信息在三維實體模型中的描述問題，使三維數模成為設計、制造過程中的唯一依據。

3 模線樣板設計與制造流程

在傳統的模擬量傳遞的方法中，以二維圖紙為設計依據，模線樣板的設計與制造中手工勞動量大，生產周期長，制造費用高，并且尺寸傳遞過程環節多，誤差大。目前，隨著數字化的大力度發展，模線樣板的設計依據已經從傳統的二維圖紙轉化為基于MBD技術下的三維數模所生成的工程數據集和制造數據集。

4 三維數模在模線樣板中的應用

基于MBD技術的三維數模包含了產品尺寸、公差和工藝信息等數據，它完全替代了二維工程圖紙和紙質工藝指令，成為設計員、工藝員以及在生產現場工人工作的技術依據。用三維數模來生成理論模線、結構模線和生產圖樣，大大提高了模線、樣板的設計質量和繪制效果。

三維數模的應用已經在一定程度上改變了模線樣板的自身功能，在框、肋、梁、壁板等機加零件的加工上，模線樣板以由原來的加工依據變成了零件數控加工后的檢驗依據。在蒙皮類、曲度較大的鈑金類零件加工中，利用三維數模生成模胎的方法大大減少了套切樣板、切鉆樣板、切面樣板的使用率，從而降低了模線樣板的設計數量。

以三維數模為設計、制造的依據，使設計者對零件的整體形態和結構尺寸上有了全方位的認識。設計員可以直接在三維數模的結構樹中提取產品在研制過程中相關的各項屬性和功能等零件信息，實現了過程的簡化。目前，三維數模在模線樣板設計制造中已經應用一段時間了，但是在應用上還存在一些有待解決的問題。

（1）三維數模中的零件尺寸的標注方式不規范。在三維數模中對零件的結構尺寸進行標注，給數模使用者直觀的認識，但是標注方式的不統一也給設計員帶來不便。例如，機加零件中通孔數量較多，孔徑不一致，如果只針對同一孔徑的一個孔進行標注，那么設計員就要逐一查孔數，區分孔徑，給設計帶來難度。

（2）在零件建模中，軟件模塊使用不正確。CATIA軟件作為三維零件實體建模軟件之一，已經被廣泛應用在實際生產建模中。CATIA軟件所涉及的模塊相當多。在現階段的三維數模中，不同類型的零件使用建模的模塊不正規。例如，對于鈑金零件如果應用鈑金模塊建模，三維數模設計比較規范，生產展開數據也十分方便，但是現在建模者只注重零件最后的形態和忽略建模過程，常常用實體模塊完成建模步驟，導致零件后續的設計、加工比較困難。

（3）三維數模形狀與零件實際加工形狀存在差異。三維數模體現的是零件最后的形狀，而利用三維數模生成的數據在進行實際生產時，加工過程中會產生工藝差異，像零件回彈等因素，使最終加工的零件無法滿足需要。例如，如圖2所示鈑金零件，用其三維展開數模，如圖3所示，進行下料生成的零件與三維數模不符。

5 基于MBD技術三維數模的改進

三維數模作為模線樣板設計、制造的依據已經完全改變了模線樣板設計的傳統模式。數字化條件下，三維數模已經具備數控加工所需要的有關形狀、尺寸和工藝參數等幾何數據，可以利用三維數模對零件、模胎等進行直接加工，在一定程度上減少了模線樣板的使用數量和種類，同時也加快了模線樣板的設計速度和質量。如果將下述的內容融入到現有的三維數模中，那么在模線樣板的設計制造過程中將有更大的進展。

（1）利用制造數據集進行模線樣板設計。將模線樣板所需的工藝孔，裝配孔，定位孔，定位耳片，工藝余量，化銑余量等信息加入到三維數模中形成可直接用于工裝設計與制造、零件的加工和檢驗的制造數據集。利用制造數據集設計模線樣板，保證了零件與模胎，零件與零件之間的協調。

（2）將二維展開圖形在三維數模中體現。在設計鈑金類、蒙皮類零件時，最常用到展開樣板和二維展開數據集。二維展開數據集是以三維數模為依據，將腹板面為平面的帶彎邊的鈑金零件、帶曲度的蒙皮類零件在CATIA或CAD軟件中生成的二維展開數據，它同展開樣板一樣用作零件的下料。展開數據的準確性直接影響零件的質量，而展開樣板和二維展開數據集的設計速度直接影響生產廠零件的開工速度。因此，改變三維數模原有形態，將二維展開數據在三維數模中直接體現，則很大程度上提高了展開樣板的設計速度。以C系列現有三維數模為例，在設計三維數模時將二維展開數據以幾何圖形集的形式添加在數模結構樹上，展開圖形與三維實體協調，這樣在設計展開樣板時就不用對三維實體進行操作而將二維數據直接投影出來即可。提高了模線、樣板的設計速度。

（3）將零件狀態表和孔信息等技術信息融入到三維數模中。在模線樣板的設計中，不可忽視零件狀態表的孔信息。工藝孔的大小和數量直接影響零件、組件、部件的裝配，目前，在使用三維數模的同時還要查找狀態表，影響模線樣板的設計速度，孔的位置和數量也相對容易發生錯誤。如果將零件狀態表和孔信息等技術信息融入到三維數模中，就可以避免上述問題，直接進行模線樣板的設計，加快設計速度，提高設計質量。

（4）將三維數模與零件實際加工過程相結合。在三維數模結構設計時要充分考慮加工工藝的要求和特點，涉及刀具的圓角、成型工藝等問題要考慮周全，既使零件加工容易，又能節約材料，保證強度。例如圖2所示鈑金零件，利用軟件展開的尺寸無法滿足零件成型，那么在三維數模中設計二維展開時就要對展開尺寸進行修改、完善，達到工藝成型要求。

6 結束語

數字化條件下，三維數模的應用已經使模線樣板設計的方式發生了改變，并從根本上提高模線樣板設計的效率，大大縮短了模線樣板的設計周期，提高了設計的準確性。雖然以三維數模在樣板的設計中會遇到一些問題，但相信隨著產品三維模型管理和設計的不斷改進與規范，三維數模的應用將會更加完善。

參考文獻

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