張凌云，王東波，杜芳靜

(1.沈陽航空航天大學 航空制造工藝數(shù)字化國防重點學科實驗室,遼寧 沈陽 110136；2.中航沈飛民用飛機有限責任公司，遼寧 沈陽 110013)

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基于CATIA的橡皮囊工藝審查系統(tǒng)的二次開發(fā)

張凌云1，王東波1，杜芳靜2

(1.沈陽航空航天大學 航空制造工藝數(shù)字化國防重點學科實驗室,遼寧 沈陽 110136；2.中航沈飛民用飛機有限責任公司，遼寧 沈陽 110013)

摘要：為實現(xiàn)橡皮囊成形工藝審查系統(tǒng)，采用CAA對CATIA進行二次開發(fā)，對橡皮囊成形零件進行工藝審查.分析了鈑金零件的工藝特征，建立了CATIA與知識數(shù)據(jù)庫的連接.通過對鈑金零件特征信息的提取，對零件的各個成形特征分別進行審查，完成了橡皮囊鈑金成形零件的審查.通過實例驗證，高壓橡皮囊成形工藝在3組不同壓力下，6個凸彎邊零件的凸緣部分都出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，與系統(tǒng)審查結果一致，說明該工藝審查系統(tǒng)是可靠的.

關鍵詞：橡皮囊；工藝審查；二次開發(fā)；數(shù)據(jù)庫

CATIA是法國達索公司出產(chǎn)的軟件[1]，它把CAD/CAE/CAM集為一體，在航空航天、汽車制造、造船、電子/電器、機械制造等行業(yè)得到了廣泛應用，它的集成解決方案，涵蓋了完整的產(chǎn)品設計與制造領域.基于CATIA/CAA的二次開發(fā),使軟件更加專業(yè)化地服務于客戶要求，不僅充分提高了CATIA軟件的應用效率、專業(yè)性，而且也大大提高了工作效率和工作質量.

橡皮囊液壓成形工藝是航空制造領域典型的鈑金成形工藝，具有質量好、效率高、成本低、適合多品種和小批量生產(chǎn)等優(yōu)點[2].然而，在傳統(tǒng)的橡皮囊液壓成形過程中，需要查詢大量的技術資料，包括許多標準、手冊、規(guī)范、個人經(jīng)驗數(shù)據(jù)等，對操作人員的素質要求也很高,最終導致產(chǎn)品的質量良莠不齊，生產(chǎn)效率低，橡皮囊液壓成形工藝得不到良好的應用和發(fā)展.為了用三維模型的數(shù)字化審查模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工工藝審查方法，提高橡皮囊液壓成形工藝的自動化和智能化水平，提出了在CATIA環(huán)境下，通過二次開發(fā)技術，建立橡皮囊工藝審查系統(tǒng)[3].

1CATIA 的二次開發(fā)

1.1CATIA的二次開發(fā)方法

CATIA常見的二次開發(fā)接口主要有兩種:第一種是AutomationAPI宏命令接口，雖然入門容易，但是其涵蓋的功能簡單，可擴展性不高;第二種是通常所說的CAA V5 C++and Java API，它可以很好地滿足用戶大部分需求，功能比較全，能夠滿足二次開發(fā)產(chǎn)品從簡單到復雜的功能需求，但是，這種接口對開發(fā)人員要求較高，不僅需要熟練掌握CATIA軟件的功能，還需要深入了解面向對象程序的語言以及COM組件的概念和知識[4-5].

1.2組件應用框架技術

CATIA本身是按照組件模型建立起來的，用戶可以通過開發(fā)自己的CAA組件，對DASSAULT Systemes的CATIA V5進行擴展[6]；也可以結合用戶自己開發(fā)的CAA組件，實現(xiàn)用戶自定義應用.其基本框架為：每個工程包含一個或者多個框架(Framework)，包含了一個工程需要的所有元素，而框架中有一個或多個模塊(Module)，模塊中包含編寫的程序文件.

可視化的集成快速應用研發(fā)環(huán)境(Rapid Application Development Environment,RADE)能夠提供CATIA/CAA完整的編程工具組[7].RADE以Microsoft Visual C++6.0為載體，在VC++環(huán)境中集成了所有的開發(fā)工具，并且提供了一個CAA框架程序編譯器，但同時也限制了VC+++的部分功能.在目前的所有高端CAD/CAM開發(fā)環(huán)境中CATIA CAA-RADE是最為復雜,同時也是功能最為強大的一個.圖1所示為CAA組件的應用框架[8]

圖1　CAA 組件的應用框架

2橡皮囊工藝審查系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)的整體設計

整個系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、零件信息、數(shù)據(jù)維護、結果輸出等模塊組成(圖2).系統(tǒng)運行采用向導方式,用戶首先導入設計好的零件，通過CATIA進行零件的特征匹配，得到零件各個特征的參數(shù)，盡量減少人工輸入的參數(shù)，以減少人為因素對審查結果的影響.系統(tǒng)自動審查輸入的參數(shù)與數(shù)據(jù)庫后臺的相關參數(shù),并及時在 CATIA 界面中以對話框形式輸出審查結果，也可以Excel 表格形式按照類別輸出審查結果，以方便用戶隨時查閱.

圖2　系統(tǒng)的整體結構

系統(tǒng)可以查到的問題有以下幾類：①圓角半徑小于最小彎曲半徑，出現(xiàn)破裂；②實際成形極限Ka大于凸彎邊極限彎邊系數(shù)Ke,出現(xiàn)褶皺；③實際成形極限Ka大于凹彎邊極限彎邊系數(shù)Kt,出現(xiàn)破裂；④相鄰加強槽軸線(中心線)的距離過小；⑤加強槽末端到彎邊的距離過??；⑥相鄰加強窩軸線(中心線)的距離過?。虎呦噜彍p輕孔中心的距離過?。虎噙^渡區(qū)長度過小，不符合規(guī)范.

2.2界面預覽

在VS(Visual Studio)平臺下編寫C++程序，可以建立CATIA環(huán)境下的菜單項(圖3).將零件分為7個特征，分別建立子菜單，使程序更加清晰.其部分語句如下：

NewAccess(CATCmdContainer,pAllMenu,AllMenu);

NewAccess(CATCmdContainer,pAllWorkMbr,工藝審查);

SetAccessChild(pAllMenu,pAllWorkMbr);

NewAccess(CATCmdContainer,pPrepartionMenu,CompensationMenu);

SetAccessChild(pAllWorkMbr,pPrepartionMenu);

NewAccess(CATCmdStarter,pStraight

ComMenuStr,StraightComMenuStr);

SetAccessCommand(pStraightComMenuStr,“直彎邊”);

SetAccessChild(pPrepartionMenu,pStraightComMenuStr);

……

AddToolbarView(pAllBenchT1b,1,Right);

SetAddinMenu(pAllBenchT1b,pAllMenu); return pAllBenchT1b

圖3　CATIA環(huán)境下的菜單項

圖4　鈑金零件的典型特征分類

2.3工藝審查

由于鈑金零件的典型特征有多種類型(圖4)，針對一個零件來說就會出現(xiàn)多種成形特征，從而具有多種成形極限，特別是不同成形交界的地方存在許多復雜因素，因此審查其成形極限非常困難.這里把一個復雜的零件分為多個單獨的特征進行審查，再通過單獨的成形特征來判斷復雜零件的成形性.這種方法大多已用于實際生產(chǎn).在工藝審查中主要考慮零件的成形性因素，在直線彎邊成形工藝中可能出現(xiàn)的缺陷是在圓角區(qū)發(fā)生破裂.為了避免破裂現(xiàn)象的發(fā)生，需保證圓角半徑不小于最小彎曲半徑.凸曲線彎邊零件在成形過程中要盡量避免彎邊面上出現(xiàn)的起皺現(xiàn)象，在成形過程中必須確保彎邊成形系數(shù)不超過極限彎邊系數(shù)Ke.凹曲線彎邊成形系數(shù)不應超過極限彎邊系數(shù)Kt.零件最小厚度應大于成形方法允許的厚度.彎邊高度應大于該處的彎曲半徑.各種下陷、加強槽、加強窩、減輕孔應標準化.

2.4零件參數(shù)獲取

H——彎邊高度　R——曲率半徑　α——彎曲角度　t——料厚圖5　凸曲線彎邊成形的結構參數(shù)

第一，確定圖形的坐標，規(guī)定參照基準；第二，使用函數(shù)GetCOG確定彎邊特征方向；第三，應用CAA的API函數(shù)獲取零件的信息，用函數(shù)DistanceTo獲取彎邊高度，用函數(shù)GetAngleTo獲取角度，用函數(shù)GetRadius得到曲率半徑等.這樣就獲得了非常準確的零件特征參數(shù)，再通過公式計算得到相應的成形系數(shù)，最后把得到的信息與數(shù)據(jù)庫比對，從而快速準確地進行工藝審查.

2.5信息查詢匹配

工藝審查系統(tǒng)建立在數(shù)據(jù)庫的基礎之上，而零件的幾何信息是自動提取.因此，在檢索數(shù)據(jù)庫時，會出現(xiàn)提取的信息與數(shù)據(jù)庫不匹配的情況，從而造成審查失敗.數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)大部分采用整數(shù)值，而零件提取的數(shù)據(jù)不能較好地匹配，從而造成數(shù)據(jù)庫的資源浪費.為了解決這一問題，采用了給定區(qū)間近似匹配的方法：先對數(shù)據(jù)庫中的具體數(shù)據(jù)表進行分析，給出合理的區(qū)間，提取到的參數(shù)在這個區(qū)間內(nèi)就認為匹配，盡量避免查詢不到數(shù)據(jù)和匹配多個數(shù)據(jù)的情況發(fā)生.

3實例應用

3.1系統(tǒng)應用界面

以某橡皮囊成形飛機零件為例來驗證凸彎邊工藝審查(圖6)，導入零件，通過下拉菜單選擇零件的材料，依次選擇凸彎邊相應的特征，點擊審查，審查結果以Editor的形式出現(xiàn)在界面上，從審查結果判定，此凸彎邊特征會出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象(圖7).

圖6　凸彎邊審查模塊

圖7　審查結果

3.2實驗驗證

本研究針對2A12材料分別在40 MPa、50 MPa、60 MPa下進行橡皮囊成形實驗，每種壓力下兩組零件進行實驗驗證，6個零件凸彎邊部位都出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象(圖8).

圖8　橡皮囊成形實驗結果

實驗結果與工藝審查凸彎邊模塊給出的審查結果一致，出現(xiàn)了褶皺現(xiàn)象.橡皮囊工藝審查系統(tǒng)能夠快速審查出零件中工藝的不足之處，大大提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了成本.這說明了系統(tǒng)應用在橡皮囊成形工藝時的可行性與可靠性.

4結束語

對CATIA模塊進行二次開發(fā)，實現(xiàn)三維環(huán)境下橡皮囊零件的工藝審查，通過編程語言，把CATIA強大的幾何處理能力與用戶需求相結合.以一個凸彎邊橡皮囊鈑金零件為例，驗證了此方法的可行性.此方法使零件的設計不必反復查找檢驗規(guī)范，加快了鈑金零件的生產(chǎn)周期，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益.

參考文獻:

[1]陸皆炎，趙高暉，李祥，等.基于CATIA二次開發(fā)方法的智能裝配技術研究[J].機械設計與研究, 2012,28(5):84.

[2]《航空制造工程手冊》總編委會主編.航空制造工程手冊:飛機鈑金工藝[M].北京:航空工業(yè)出版社,1992:439-446.

[3]汪祥志，劉闖，王俊彪，等.面向制造過程的橡皮囊液壓成形工藝知識表示及其應用[J].機械科學與技術,2012,31(1):10-12.

[4]劉滕,郝博,魏禮勇.基于CATIA的可視化技術二次開發(fā)[J].先進制造技術,2015,32(1):19-20.

[5]蘇洪軍，王永金.基于CAA的CATIA V5二次開發(fā)方法的研究[J].機械, 2008,35(S1):41-43.

[6]許元付，郝博.基于CAA的機械零件參數(shù)化設計[J].成組技術與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2013,30(1):45-48.

[7]潘臻波，虞世鳴.一種基于CATIA/CAA與模型特征遍歷的參數(shù)化設計方法[J].現(xiàn)代設計與先進制造技術,2007,36(23):37-38.

[8]郝博，李亞南.基于CATIA二次開發(fā)的鈑金零件檢測規(guī)劃技術[J].成組技術與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2014,45(5):83-85.

Secondary Development of Rubber Bladder Process Examination System Based on CATIA

ZHANG Ling-yun1,WANG Dong-bo1，DU Fang-jing2

(1.Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense of Aeronautical Digital Manufacturing Process, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China； 2.AVIC SAC Commercial Aircraft Company Limited, Shenyang 110013, China)

Abstract：In order to realize the rubber bladder process examination system, reviewing the parts of the rubber bladder forming process through the redevelopment of the CATIA software used CAA. The technological characteristics of sheet metal parts are analyzed, connecting CATIA with the knowledge database, going by extracting the feature information sheet metal parts, examining the characteristic of the rubber parts respectively, completing the examination of rubber bladder forming sheet metal parts. The reliability and stability of the system was verified through an example, wrinkling occurs in flange parts of six flange bending parts under three groups of different pressures in high pressure rubber forming, and the results are consistent with the system.

Key words:process examination; rubber bladder forming; secondary development; knowledge database

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.01.005

中圖分類號：V262.1

文獻標識碼：A

作者簡介：張凌云(1963-)，男，黑龍江鶴崗人，博士，教授，碩士生導師，研究方向為航空材料先進加工技術.

收稿日期：2015-10-14

文章編號：1006-3269(2016)01-0027-04