張石磊,劉俊堂

（中航工業(yè)第一飛機設計研究院，西安 710089）

張石磊

工程師,主要從事CAD/PDM方面的研究。

技術分析

CATIA航空鈑金模塊[1]提供了標準文件輸入接口可以實現(xiàn)部分特征的規(guī)范化建模；CATIA知識工程模塊[2-3]適用于部分相對簡單的特征；使用CATIA二次開發(fā)[4-5]可以實現(xiàn)所有的特征的快速設計，但二次開發(fā)所有特征費時費力，難度大。因此，本文結合CATIA二次開發(fā)、知識工程和航空鈑金模塊提供的標準文件輸入接口等3種方法，實現(xiàn)了航空鈑金零件的快速規(guī)范化建模和最優(yōu)化設計。基于特征的航空鈑金零件快速設計系統(tǒng)實現(xiàn)了圖1中所有特征的快速規(guī)范化建模和最優(yōu)化設計。

系統(tǒng)架構

根據(jù)業(yè)務需求特點，基于特征的航空鈑金零件快速設計系統(tǒng)架構包括數(shù)據(jù)層、功能層、業(yè)務層和用例層，如圖2所示。

（1）用例層：根據(jù)不同的類型建立的實例化模型；

（2）業(yè)務層：根據(jù)項目需求，對航空鈑金零件設計過程進行分析，劃分出業(yè)務模塊；

（3）功能層：按照業(yè)務模塊，分解出功能點，以此為單元完成軟件開發(fā)；

（4）數(shù)據(jù)層：圍繞業(yè)務和功能需求組織數(shù)據(jù)，支撐功能層對各類數(shù)據(jù)的查詢與互操作，驅動航空鈑金零件規(guī)范化建模，包括標準規(guī)范庫和征模板庫等數(shù)據(jù)庫。

解決思路

首先，基于特征的航空鈑金零件快速設計根據(jù)不同的鈑金特征選擇不同的實現(xiàn)方法：（1）對于下陷和缺口特征，使用CATIA二次開發(fā)實現(xiàn)；（2）對于HB 0-11-2003加強槽中的2型加強槽、HB 0-14-2003彎邊減輕孔與HB 0-16-2003直角減輕孔等特征，使用CATIA知識工程實現(xiàn)；（3）對于HB 0-10-2003板材最小彎曲半徑、HB 0-11-2003加強槽中的1型加強槽和3型加強槽、HB 0-12-1983金屬結構減輕孔、HB 0-13-2003加強窩、HB 0-15-2003 60°彎邊減輕孔等特征，使用CATIA航空鈑金模塊提供的標準文件輸入接口實現(xiàn)。

圖1 航空鈑金特征Fig.1 Aircraft sheet metal features

其次，針對每一種航空鈑金特征，根據(jù)《中華人民共和國航空行業(yè)標準》，將特征的相關標準數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫表格中，建立標準規(guī)范庫；然后在系統(tǒng)中根據(jù)數(shù)據(jù)庫主鍵選擇標準；最后，選擇參考元素即可實現(xiàn)標準鈑金特征的生成。

最后，在三類功能分別實現(xiàn)之后，采用CATIA二次開發(fā)方法將其調用并集成在基于特征的航空鈑金零件快速設計系統(tǒng)工具條中，實現(xiàn)系統(tǒng)集成，如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)架構Fig.2 System architecture

圖3 系統(tǒng)集成Fig.3 system integration

關鍵技術

1 標準文件輸入接口

針對HB 0-10-2003板材最小彎曲半徑、HB 0-11-2003加強槽中的1型加強槽和3型加強槽、HB 0-12-1983金屬結構減輕孔、HB 0-13-2003加強窩、HB 0-15-2003 60°彎邊減輕孔等特征，使用CATIA航空鈑金設計模塊提供額標準文件輸入接口實現(xiàn)，可以通過該接口加載表格形式存在的標準參數(shù)，從而實現(xiàn)標準鈑金特征設計。

標準文件輸入接口可以加載的表格分為總表和專項設計表，總表（表1）定義了標準板材在相應厚度下的最小彎曲半徑、加強槽、金屬結構減輕孔、加強窩和60°彎邊減輕孔的設計標準參數(shù)，若標準包含多個參數(shù)，則采用專項設計表（表2）專門描述，在CATIA航空鈑金模塊下使用相應鈑金特征的命令工具時可以加載專項設計表。

表1 總表定義

表2 專項設計表定義

專項設計表由StandardName和標準參數(shù)兩部分組成，不同特征需要的標準參數(shù)也不同，可在CATIA知識工程模塊下查詢所需的參數(shù)名。

2 知識工程

針對HB 0-11-2003 2型加強槽、HB 0-14-2003彎邊減輕孔與HB 0-16-2003直角減輕孔等特征，使用CATIA知識工程模塊實現(xiàn)，重點是制作特征模板。

制作特征模板的一般流程如圖4所示。需要通過標準特征工程圖提煉特征的輸入元素，總結該特征的建模流程。然后通過特征建模流程優(yōu)選原則從多個特征建模流程中優(yōu)選出最優(yōu)流程，最后根據(jù)該流程制作關聯(lián)了標準文件的特征模板，這里的特征模板采用CATIA航空鈑金模塊中的“超級副本”功能實現(xiàn)。

圖4 制作特征模板Fig.4 Production feature template

其中，特征建模流程優(yōu)選原則包括：（1）操作步驟少，易于實現(xiàn)；（2）準確度高，不會出現(xiàn)其他結果，例如：草圖中的倒圓角操作，結果可能出現(xiàn)在4個限向；（3）規(guī)避方向問題，比如偏移操作，可能出現(xiàn)兩個方向的偏移；（4）規(guī)避抽殼、倒圓角等實例化過程中子元素難以識別的操作。

最后，將所有特征模板導入Catalog庫中，實現(xiàn)特征模板庫的構建，如圖5所示，使用時只需實例化相應的特征模板即可。

圖5 特征模板庫Fig.5 Feature template library

3 CATIA二次開發(fā)

缺口和下陷特征采用CATIA二次開發(fā)方法實現(xiàn)。

缺口和下陷特征主要是在彎邊特征的基礎上創(chuàng)建的，因此有必要對彎邊特征[6-7]進行研究定義。彎邊特征定義如下：

式中，m，n，p，q，s，t≥ 1，IBC表示內(nèi)底角面，OBC表示外底角面，IS表示內(nèi)側面，OS表示外側面，T表示頂面，E表示端面，相應的含義如圖6所示。

圖6 彎邊特征Fig.6 Flanging feature

最后，針對彎邊特征，將優(yōu)化的缺口和下陷特征建模流程固化在軟件中，實現(xiàn)缺口和下陷特征的規(guī)范化建模和最優(yōu)化設計。

應用實例

1 標準文件輸入接口

以HB 0-13-2003加強窩為例，驗證標準文件輸入接口的使用。

（1）制作材料為12號硬鋁LY12，厚度為2.0mm、3.0mm 和4.0mm的鈑金參數(shù)設計總表，結果如表3所示；

表3 LY12鈑金參數(shù)設計總表

（2）根據(jù)標準規(guī)范文件，分別制作LY12-M-2.0-HB 0-13-2003.xls、LY12-M-3.0-HB 0-13-2003.xls和LY12-M-4.0-HB 0-13-2003.xls三個專項設計表，這里驗證只展示LY12-M-2.0-HB 0-13-2003.xls專項設計表，如表4所示；

表4 LY12-M-2.0-HB 0-13-2003.xls專項設計表

（3）在設置鈑金總體參數(shù)的對話框中單擊按鈕“Sheet Standards Files”加載總表，如圖7所示；

圖7 加載總表Fig.7 Load main table

（4）執(zhí)行加強窩生成命令，單擊按鈕“Standards Files”，即可加載專項設計表，相應的標準參數(shù)自動設置，如圖8所示；

圖8 加載專項設計表Fig.8 Load special design table

（5）選擇參考點和參考面，生成加強窩特征，如圖9所示。

圖9 加強窩特征生成Fig.9 Create reinforced nest feature

2 知識工程

以HB 0-11-2003 2型加強槽為例，選擇參考點、參考平面和參考方向，然后選擇相應的標準，系統(tǒng)自動調用2型加強槽特征模板，生成相應的2型加強槽特征，如圖10所示。

3 CATIA二次開發(fā)

以HB 0-27-83缺口特征為例，選擇彎邊的內(nèi)側面、參考端面和參考平面，然后選擇相應的標準，系統(tǒng)自動生成相應的缺口特征，結果如圖11所示。

結束語

本文結合CATIA二次開發(fā)、知識工程和航空鈑金模塊提供的標準文件輸入接口等3種方法，在總結提煉鈑金特征設計知識且建立標準規(guī)范庫和特征模板庫的基礎上，構建了基于特征的航空鈑金零件快速設計系統(tǒng)，使設計員從原來的選擇底層參數(shù)轉變?yōu)橹苯舆x擇標準，徹底擺脫了大量的設計手冊，實現(xiàn)了航空鈑金零件的快速規(guī)范化建模和最優(yōu)化設計?；谔卣鞯暮娇这k金零件快速設計工程應用效果明顯，也可推廣應用于其他行業(yè)，同時也可以對其他類型的結構件建模方法進行總結提煉，形成基于特征的結構件快速建模系統(tǒng)。

圖10 加強槽特征生成Fig.10 Create reinforced slot feature

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