陳博文，劉思宇，顧云峰

（成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，四川成都 610091）

0 引言

隨著數(shù)字化技術迅速發(fā)展和廣泛應用，目前，我國新機研制已全面采用以數(shù)字化為核心的設計制造技術體系，使傳統(tǒng)的飛機產(chǎn)品研制過程發(fā)生了根本性變革，大幅度提高了飛機設計制造技術水平，加快了現(xiàn)代飛機研制的整體進程。采用模線樣板—標準樣件方法來協(xié)調產(chǎn)品的形狀和尺寸是傳統(tǒng)飛機制造中尺寸傳遞的特點。在這個過程中，由于是模擬量傳遞，所以各個環(huán)節(jié)所形成的原始尺寸的一些誤差，也伴隨著形狀和尺寸的傳遞而轉移，這些誤差的積累（相加或相減），最終體現(xiàn)到產(chǎn)品的最后形狀和尺寸上。本文在產(chǎn)品二維設計圖紙的基礎上，進行飛機產(chǎn)品零件三維數(shù)字化模型構建，重要鈑金以及復材零件工藝裝備數(shù)字化重構等技術研究，對產(chǎn)品進行必要的數(shù)字化定義，可以有效提高工藝裝備制造質量、產(chǎn)品零件制造質量和飛機裝配質量。

1 典型二維圖紙衍生類工藝數(shù)模設計技術

1.1 二維圖紙衍生類工藝數(shù)模定義

二維圖紙衍生類工藝數(shù)模是在CATIA V5 3D 環(huán)境下，以飛機理論圖、產(chǎn)品圖（不包括產(chǎn)品數(shù)模）、飛機理論外形數(shù)模，數(shù)字化UD（無尺寸）圖等為依據(jù)，用來滿足工裝、零件的數(shù)字化制造、檢測和飛機裝配的各種工藝協(xié)調性要求而創(chuàng)建的零件三維幾何數(shù)字數(shù)模?？勺鳛楦黝惞ば蚬に噮f(xié)調數(shù)模的設計依據(jù)之一。

二維圖紙衍生類工藝數(shù)模屬于工藝協(xié)調數(shù)模范疇，以下簡稱工藝協(xié)調數(shù)模。

1.2 二維圖紙衍生類工藝數(shù)模技術難點和解決方案

1.2.1 數(shù)字化UD（無尺寸）圖建模技術

（1）根據(jù)數(shù)字化UD（無尺寸）圖創(chuàng)建工藝協(xié)調數(shù)模過程中，將數(shù)字化UD（無尺寸）圖導入CATIA V5 R18 草圖中，按視圖關系置于飛機坐標系下，經(jīng)常會出現(xiàn)斷線和線條不連續(xù)問題（圖1）。

（2）解決方法。選取較長的線條，在距離斷點5～10 mm 上取點，并與另一線條的斷點連接，最后將3 條線段連接并光順。這種解決方法得到了大量工藝協(xié)調數(shù)模的驗證，有利于減小建模誤差，使工藝協(xié)調數(shù)模達到使用要求（圖2）。

1.2.2 曲面重構技術

（1）根據(jù)二維線框和理論外形構建三維數(shù)模過程中，理論曲面經(jīng)常會出現(xiàn)不連續(xù)和不光順的情況，需要對曲面進行重構設計，使之能達到后續(xù)設計要求（圖3）。

圖1 線條斷點不連續(xù)

圖2 線條不連續(xù)解決方法

圖3 曲面不光順

（2）解決方法。選取曲面較長的邊線，設置30～50 個垂直于該曲線的平面。然后將平面與曲面求交得到相應的交線，這時的交線是不連續(xù)的。需要再對各個曲線進行擬合光順，得到符合條件的曲線。最后用多截面曲面的功能生成新的曲面（圖4）。最后根據(jù)企業(yè)規(guī)范要求檢查并修正，使用CATIA 曲面間距離分析功能，使重構后的曲面與原始曲面的偏差不超過±0.05 mm。

圖4 曲面重構

1.2.3 復材蒙皮類零件協(xié)調設計技術

（1）復材類蒙皮零件由于其鋪層數(shù)量不一致，導致其內(nèi)型面形成臺階。存在兩個問題，一是內(nèi)型面經(jīng)常作為與之有裝配關系的鈑金零件的建模依據(jù)，因此，要處理好有臺階的內(nèi)型曲面。二是復材蒙皮的鋪層厚度更改（如某機型垂尾復材蒙皮由0.12 mm 改為0.125 mm），現(xiàn)裝配時，由于機加件先安裝，蒙皮厚度增加，機加件將蒙皮外頂，導致其他基于鋪層厚度為0.125 mm 的蒙皮所設計的零件與蒙皮不能貼合（圖5）。要使與蒙皮裝配的鈑金件和機加件更好協(xié)調。

圖5 零件與蒙皮不能貼合

（2）解決方法。①針對處理有臺階的曲面，提出一種經(jīng)過使用驗證的方法。將高臺階的面向外延伸1 mm，低臺階面做一條平行且距離端面5 mm 的曲面。利用橋接功能將延伸面和平行曲線連接得到過渡面，使之滿足后續(xù)其他裝配零件的建模要求（圖6）；②為使與蒙皮裝配的鈑金件和機加件更好協(xié)調。經(jīng)設計驗證和裝配人員討論，設計基于鋪層厚度為0.12 mm 的復材零件，后續(xù)裝配未出現(xiàn)不貼合情況（圖7）。

圖6 復材蒙皮內(nèi)型面擬合

圖7 裝配協(xié)調性解決方法

2 二維圖紙衍生類工藝數(shù)模設計技術的應用及思考

依據(jù)工藝協(xié)調數(shù)模三維數(shù)字化制造模型，完成相關零件工裝的設計和制造，使用工裝數(shù)模設計三維檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了上述工裝的數(shù)字化檢測，并以此作為工裝質量控制的重要手段。工裝的掃描測量主要以按飛機理論外形數(shù)據(jù)及產(chǎn)品圖紙建立的工藝數(shù)模為測量依據(jù)，數(shù)控測量工裝，測量設備為測量臂，測量點位精度為±0.028 mm。除直接掃描測量，部分工裝采用逆向建模來比較模型差異。即掃描工裝型面和零件外形線獲得點云數(shù)據(jù)，逆向處理后與零件數(shù)模對應型面進行比對，進一步確保建模質量。

3 結論

在傳統(tǒng)模擬量傳遞向數(shù)字化方法轉變的過渡時期，要更好結合設計技術，使得三維模型貫穿在整個飛機設計制造過程中，成為飛機設計制造的依據(jù)。隨之而來，應該深入研究二維圖紙衍生類工藝數(shù)模設計技術，繼續(xù)解決按樣板制造的實物標工，其表面外形質量不高、表面基準線、站位線、蒙皮分割線不準確問題以及標工長期存放變形問題；解決按樣板或實物標工協(xié)調制造的鈑金及復材零件工裝，工裝加工難度大、型面質量差以及零件外形刻線不準確的問題；解決飛機采用模擬量傳遞和協(xié)調，鈑金及復材零件制造精確性差、零件裝配互換性差、部件裝配協(xié)調性不高的問題；最終實現(xiàn)重要鈑金及復材零件的精確成形、數(shù)字化加工，實現(xiàn)航空產(chǎn)品零件精確交付。

二維圖紙衍生類工藝數(shù)模設計技術的推廣應用，能夠有效減小飛機重要鈑金零件工裝，如拉型模、模胎，以及復材零件的成型模、交接夾具等的制造技術難度，制造精度也得到大幅度提高，能更好滿足當前飛機質量需求。