馬清

摘 ?要：CATIA V5是高級(jí)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天等行業(yè)，我們飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用CATIA V5軟件設(shè)計(jì)航空鈑金零件時(shí)，常會(huì)遇到由于各種原因造成三維實(shí)體的外形無(wú)法生成的問(wèn)題。文章列舉了建模過(guò)程中幾種常見(jiàn)的問(wèn)題，并簡(jiǎn)單分析其原因及解決辦法，可供相關(guān)設(shè)計(jì)人員借鑒參考，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：航空鈑金件;三維模型;彎邊;下陷

中圖分類號(hào)：TBl8;TB472 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）35-0003-02

1 ?概 ?述

目前，在飛機(jī)零件數(shù)字化建模過(guò)程中，我們?cè)O(shè)計(jì)員應(yīng)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(duì)設(shè)計(jì)員的建模方法和技巧及用于生成三維實(shí)體模型的輔助元素的要求都很高，初次應(yīng)用此軟件進(jìn)行航空鈑金零件的設(shè)計(jì)必將遇到諸多問(wèn)題。在鈑金件建模過(guò)程中遇到的問(wèn)題主要有彎邊無(wú)法用鈑金模塊功能直接生成和下陷做不出來(lái)等。但這些問(wèn)題并不是沒(méi)有辦法解決的，只是經(jīng)驗(yàn)和技巧的問(wèn)題，這就需要設(shè)計(jì)員找出軟件功能的弊端，了解需要完善哪些生成實(shí)體的輔助條件。出現(xiàn)問(wèn)題后，首先確定問(wèn)題出在哪里，分析是什么原因?qū)е鹿δ軣o(wú)法實(shí)現(xiàn)，然后找出解決辦法。

2 ?彎邊問(wèn)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(shí)際生產(chǎn)中，大部分彎邊比較容易加工出來(lái)，但在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)時(shí)，由于軟件功能的限制、對(duì)輔助彎邊生成的二維元素的嚴(yán)格要求等因素導(dǎo)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(nèi)作出一個(gè)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(kāi)的鈑金零件。即使具備了上述要素，如果不注意細(xì)節(jié)問(wèn)題，同樣導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)彎邊功能。如果出現(xiàn)問(wèn)題，有下述幾種情況。

2.1 ?曲面是否光順

用來(lái)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(jié)到一起也不可以。如果曲面片不連續(xù)光滑，甚至有階差，就更不可用了。因此若出現(xiàn)問(wèn)題首先要想到曲面是否完整光順，經(jīng)過(guò)曲面分析發(fā)現(xiàn)如果曲面不光順，要先進(jìn)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(cuò)誤如圖1所示。

2.2 ?曲面片是否過(guò)大

在飛機(jī)上大量使用的鈑金件，幾乎都要有一側(cè)的彎邊和飛機(jī)的理論外形相貼合。由于飛機(jī)理論外形曲面在局部區(qū)域曲率變化很大，如果生成彎邊時(shí)直接采用很大一塊曲面片，很容易出現(xiàn)由于曲面沿飛機(jī)航向方向曲率變化大從而導(dǎo)致彎邊不能生成的情況。經(jīng)驗(yàn)證明修剪支撐曲面片，使其沿彎邊方向長(zhǎng)出彎邊實(shí)際高度10 mm左右即可，此外其伸出彎邊兩端的長(zhǎng)度也不宜過(guò)大，一般為5 mm即可。特別當(dāng)遇到沿機(jī)身框緣方向曲率變化較大處的曲面時(shí)，而且彎邊段又不經(jīng)過(guò)此處，一定要把多余的曲面長(zhǎng)度裁剪掉，否則將會(huì)遇到問(wèn)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(gè)用來(lái)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(zhǎng)度，不能為零或太小，否則彎邊功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。界面提示錯(cuò)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(guò)大，CATIA界面就可能會(huì)提示出現(xiàn)錯(cuò)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(shí)，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(cè)）與曲面片之間沒(méi)有間隙，避免出現(xiàn)問(wèn)題。如圖3所示。

2.4 ?草圖是否存在問(wèn)題

草圖是用來(lái)生成鈑金件薄板的，是鈑金件建模的基礎(chǔ)。很多航空鈑金件外形較復(fù)雜，如果彎邊之后再進(jìn)行各種外形加工比較困難，所以應(yīng)在草圖中盡量完成輪廓的外形要求，如果草圖處理不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題的出現(xiàn)。例如：當(dāng)需要彎邊的輪廓和無(wú)需彎邊的輪廓之間有位置差，要用圓角連結(jié);但圓角半徑要足夠大，如果位置差尺寸過(guò)小，連結(jié)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(dāng)兩個(gè)方向不同但又相鄰的輪廓邊緣都需要彎邊時(shí)，在草圖中就要畫(huà)出止裂孔，如果止裂孔半徑過(guò)小，也會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)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(wèn)題及處理

由于大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)上有大量長(zhǎng)桁的布置，使得鈑金框或者鈑金連接件經(jīng)常涉及在彎邊上加工下陷以躲避長(zhǎng)桁的情況。建模時(shí)，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(shè)計(jì)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(lái)支撐彎邊的曲面片曲率等。下面分別就5種情況進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

3.1 ?彎邊的問(wèn)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(méi)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)員在生成彎邊時(shí)很少考慮彎邊之后應(yīng)用下陷功能是否可行。當(dāng)CATIA界面出現(xiàn)錯(cuò)誤提示時(shí)，往往就是因?yàn)樯蓮澾呌玫闹吻嫫粔蛲晟?，沒(méi)有進(jìn)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(xù)應(yīng)用下陷功能做下陷，就會(huì)遇到下陷不能生成的情況。因此，如果我們?cè)O(shè)計(jì)的鈑金件有下陷，在做彎邊時(shí)就要注意細(xì)節(jié)問(wèn)題，首先保證生成的彎邊正規(guī)合理，為后續(xù)工作提供便利。

3.2 ?下陷起始平面的問(wèn)題

這類問(wèn)題涉及到的主要是起始面如何確定、在哪確定。按照飛機(jī)結(jié)構(gòu)和裝配要求，鈑金件上的每個(gè)下陷都有其準(zhǔn)確的定位，要想生成下陷，必須先確定一個(gè)起始平面。一般來(lái)說(shuō)，我們?cè)诖_定該平面位置時(shí)，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(shí)，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(shí)體上提取點(diǎn)、線、面等二維元素來(lái)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(jīng)變形，原來(lái)一些與之相關(guān)的二維元素已經(jīng)無(wú)效，導(dǎo)致生成的平面不可用，自然而然下陷功能就不能實(shí)現(xiàn)?？傊瑸楸苊獯祟悊?wèn)題的發(fā)生，在生成下陷起始平面時(shí)，不能圖方便，采用已生成三維實(shí)體上的元素。否則就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，如圖5所示。

3.3 ?生成彎邊的支撐曲面的曲率問(wèn)題

除了上述兩種情況之外，也就是認(rèn)為彎邊和確定起始平面都沒(méi)有問(wèn)題時(shí)，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(zhǎng)度太小，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)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(zhǎng)度。

3.4 ?下陷生成的先后順序問(wèn)題

當(dāng)一個(gè)曲率變化較大的彎邊上有多處下陷時(shí)，做下陷的先后順序，即選擇從彎邊的兩端的哪一端開(kāi)始也是要考慮的問(wèn)題。有時(shí)候從這一端開(kāi)始做不出來(lái)，可以考慮從另一端開(kāi)始。一般而言，應(yīng)該從曲面較平滑，曲率變化較小的一側(cè)開(kāi)始依次做下陷，而且要把已經(jīng)生成下陷的彎邊作為下一個(gè)下陷的基礎(chǔ)彎邊，然后再做下陷;但值得注意的是要重新確定一個(gè)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(wèn)題

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

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

CATIA V5軟件中的航空鈑金模塊的功能是比較復(fù)雜的，作為一名應(yīng)用該軟件的設(shè)計(jì)員，要做到準(zhǔn)確地掌握其功能并熟練地應(yīng)用于實(shí)際的零件設(shè)計(jì)工作中，必須具備全面的知識(shí)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，并掌握一定的技巧。以上就是筆者在長(zhǎng)期建模工作中積累總結(jié)出來(lái)的一些經(jīng)驗(yàn)和技巧，僅供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尤春風(fēng).CATIA V5機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2] 尤春風(fēng).CATIA V5高級(jí)應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[3] 中航工業(yè)沈飛制造工程部.工藝員手冊(cè)第二分冊(cè)“模線樣板”[Z].沈 ? 陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司內(nèi)部資料，2009.