壁板类展开数模设计关键要素分析论文
时间：2021-08-31壁板类展开数模设计关键要素分析论文
目前国内飞机制造企业主要制造技术需要通过将带有曲度变化的三维数字化模型，转化成无曲度变化的展开数模后方可进行数控加工。然后通过二次成型技术完成从数字化模型到生产制造的全过程。因此，展开数模设计精确与否，直接影响数控制造技术在飞机生产中的应用。
一、展开数模设计要求及分类
展开数模主要分为长桁类机加展开数模和壁板类展开数模。本文主要针对壁板类展开数模设计流程进行优化。其用于先机铣后成形的零件在平板状态下数控编程的设计要求为：第一是零件车间要求生产展开数模的零件，应单独生成展开实体发放；第二是展开数模的设计依据为工程数据集和工程图样。
二、壁板类展开数模设计流程优化
对于展开数模设计，不仅仅是对工程数据集曲面转化平面的过程，更是在保证原工程数据集集合尺寸、结构位置关系、几何信息等尺寸完全一致的前提下，直接用于数控铣切加工的制造依据。下面对壁板类展开数模设计流程进行梳理改进并分析各关键环节的设计难度。
（1）理论曲面的选择。如何正确的对理论曲面选择是展开数模正确与否的关键所在，一般采取分析原工程数据集中的建模过程所引用的曲面为基准（经测算，在挠度和长度允许范围内）选取曲面为零件外表面。
（2）结构关系的选择。为了保证原工程数据集零件上各铣切区、通孔、凸台的相对位置关系，在设计展开数模过程中，根据零件实际结构特征，将全部结构位置关系特征线进行提取，而相对于双面均有铣切区的零件来说，区分正反面铣切区和零件各位置特征线的选取是展开数模的最重要一步。
将选取好的曲面及各区域结构位置线关联后展开（投影到曲面上），使曲面和位置线在同曲率、同展开方向和展开原点位置的同步，保证相对位置关系。
（3）展开数模难点分析及技术改进
展开数模设计难点分析。在展开过程中，由于选取曲面的复杂性和多曲度，造成所选理论曲面多呈现“补丁”结构，而对于展开后的平面及各位置线来说，可能存在展开信息丢失即位置线等出现较大锯齿状结构，而这种情况不符合展开数模设计。因此只能按照实际数模情况进行曲线的样条线构型或视挠度情况直接构造成直线，保证各线条的'顺滑。[1]
建模过程在尽量确保结构树的每次操作和关联性和合理性，便于数控，并进行倒角。而倒角工作恰恰是最繁琐、且最容易出现问题的环节。在倒角的时候，极易出现无法倒角或是约束过度、结构互相矛盾、运算错误等问题，往往这些小问题直接影响展开数模能否顺利完成的最重要一环，因此，确保各位置相对倒角、凸台、铣切区方向等需要设计人员仔细思考后慎重进行。
由于很多零件在工程数据集阶段是多曲度无规律变化，这就要求我们选取各相对位置线和构型过程中严格要求的同时，更要在设计后期对每一处进行尺寸核对，出现偏差的要从头寻找问题出现的原因，而通常一点尺寸的不同会直接导致CATIA软件更新错误，在无法更改原结构关系的情况下就要重新进行展开数模设计。
壁板类展开数模改进方案。壁板类零件展开曲面的选取借用原工程数据集理论曲面，下面通过按零件外缘修剪后的曲面展开对比日常设计方法——选取未修剪过的曲面展开进行对比，从而改良设计方法。
根据对比结果，两种曲面选择后生成的展开线差异，若按照以往经验设计方法直接选取理論外缘进行展开设计，导致整体尺寸错移，下面以错移初始位置300mm去测量点分析展开趋势。如图表1所示。
针对这种情况，结合表1、图1发现，展开错移幅度逐步减少，出现较大外缘的整体偏差。问题出现的原因在于弯边呈凹形结构，导致基于CATIA软件的展开计算出现累计误差，特别是弧度最大部分错移幅度最大、尺寸变化最快，当弯边上弧度变化趋缓后错移累积量变化趋缓。
综上，壁板类展开数模设计，难点诸多，需要设计者认真思考每个环节后才可进行设计。但是，重点在于展开曲面的选择，通过优化展开曲面和展开线，保证展开轮廓不受曲率变化的影响及准确性。同时对展开线的修复是设计后期能否顺利倒角以及完成建模过程等的关键。而解决整体展开偏差问题成为壁板展开数模设计需要改进的地方。其改进方法是对理论曲面进行修剪，保证工程数据集法线投影包含在修剪后的工作面上，保证展开曲率计算不受非工作边曲率变化的影响。当然，对于曲度极大的壁板来说，可以适当扩大展开曲面面积以应对延展变化导致的展开后变形问题。
参考文献
[1]曹蔚，甘忠.飞机壁板展开件CATIA建模技巧研究.【J】.机械，2010，37（11）；46-49.
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