壁板類展開數模設計關鍵要素分析

摘要：壁板類展開數模設計一直以來都是展開數模設計難點，文章通過分析和設計流程改進，并以典型錯誤案例進行深入剖析兩方面為研究目標。結合生產實際中出現的理論設計與實際加工相悖的情況進行對比，從而對壁板類展開數模設計進行優化，使以壁板類設計、加工、成型技術日益完善。

關鍵詞：展開書墨、壁板、工程數據集

目前國內飛機制造企業主要制造技術需要通過將帶有曲度變化的三維數字化模型，轉化成無曲度變化的展開數模后方可進行數控加工。然后通過二次成型技術完成從數字化模型到生產制造的全過程。因此，展開數模設計精確與否，直接影響數控制造技術在飛機生產中的應用。

一、展開數模設計要求及分類

展開數模主要分為長桁類機加展開數模和壁板類展開數模。本文主要針對壁板類展開數模設計流程進行優化。其用于先機銑后成形的零件在平板狀態下數控編程的設計要求為：第一是零件車間要求生產展開數模的零件，應單獨生成展開實體發放；第二是展開數模的設計依據為工程數據集和工程圖樣。

二、壁板類展開數模設計流程優化

對于展開數模設計，不僅僅是對工程數據集曲面轉化平面的過程，更是在保證原工程數據集集合尺寸、結構位置關系、幾何信息等尺寸完全一致的前提下，直接用于數控銑切加工的制造依據。下面對壁板類展開數模設計流程進行梳理改進并分析各關鍵環節的設計難度。

（1）理論曲面的選擇。如何正確的對理論曲面選擇是展開數模正確與否的關鍵所在，一般采取分析原工程數據集中的建模過程所引用的曲面為基準（經測算，在撓度和長度允許范圍內）選取曲面為零件外表面。

（2）結構關系的選擇。為了保證原工程數據集零件上各銑切區、通孔、凸臺的相對位置關系，在設計展開數模過程中，根據零件實際結構特征，將全部結構位置關系特征線進行提取，而相對于雙面均有銑切區的零件來說，區分正反面銑切區和零件各位置特征線的選取是展開數模的最重要一步。

將選取好的曲面及各區域結構位置線關聯后展開（投影到曲面上），使曲面和位置線在同曲率、同展開方向和展開原點位置的同步，保證相對位置關系。

（3）展開數模難點分析及技術改進

展開數模設計難點分析。在展開過程中，由于選取曲面的復雜性和多曲度，造成所選理論曲面多呈現“補丁”結構，而對于展開后的平面及各位置線來說，可能存在展開信息丟失即位置線等出現較大鋸齒狀結構，而這種情況不符合展開數模設計。因此只能按照實際數模情況進行曲線的樣條線構型或視撓度情況直接構造成直線，保證各線條的順滑。[1]

建模過程在盡量確保結構樹的每次操作和關聯性和合理性，便于數控，并進行倒角。而倒角工作恰恰是最繁瑣、且最容易出現問題的環節。在倒角的時候，極易出現無法倒角或是約束過度、結構互相矛盾、運算錯誤等問題，往往這些小問題直接影響展開數模能否順利完成的最重要一環，因此，確保各位置相對倒角、凸臺、銑切區方向等需要設計人員仔細思考后慎重進行。

由于很多零件在工程數據集階段是多曲度無規律變化，這就要求我們選取各相對位置線和構型過程中嚴格要求的同時，更要在設計后期對每一處進行尺寸核對，出現偏差的要從頭尋找問題出現的原因，而通常一點尺寸的不同會直接導致CATIA軟件更新錯誤，在無法更改原結構關系的情況下就要重新進行展開數模設計。

壁板類展開數模改進方案。壁板類零件展開曲面的選取借用原工程數據集理論曲面，下面通過按零件外緣修剪后的曲面展開對比日常設計方法——選取未修剪過的曲面展開進行對比，從而改良設計方法。

根據對比結果，兩種曲面選擇后生成的展開線差異，若按照以往經驗設計方法直接選取理論外緣進行展開設計，導致整體尺寸錯移，下面以錯移初始位置300mm去測量點分析展開趨勢。如圖表1所示。

針對這種情況，結合表1、圖1發現，展開錯移幅度逐步減少，出現較大外緣的整體偏差。問題出現的原因在于彎邊呈凹形結構，導致基于CATIA軟件的展開計算出現累計誤差，特別是弧度最大部分錯移幅度最大、尺寸變化最快，當彎邊上弧度變化趨緩后錯移累積量變化趨緩。

綜上，壁板類展開數模設計，難點諸多，需要設計者認真思考每個環節后才可進行設計。但是，重點在于展開曲面的選擇，通過優化展開曲面和展開線，保證展開輪廓不受曲率變化的影響及準確性。同時對展開線的修復是設計后期能否順利倒角以及完成建模過程等的關鍵。而解決整體展開偏差問題成為壁板展開數模設計需要改進的地方。其改進方法是對理論曲面進行修剪，保證工程數據集法線投影包含在修剪后的工作面上，保證展開曲率計算不受非工作邊曲率變化的影響。當然，對于曲度極大的壁板來說，可以適當擴大展開曲面面積以應對延展變化導致的展開后變形問題。

參考文獻

[1]曹蔚，甘忠.飛機壁板展開件CATIA建模技巧研究.【J】.機械，2010，37（11）；46-49.

（作者單位：沈陽飛機工業（集團）有限公司）