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航空典型零件快速标注技术
时间:2017-01-11  作者:模具联盟网  点击:  评论:  字体:T|T

1 引言

    随着航空制造业的快速发展,飞机的数字化信息更加重要,在飞机制造工艺信息的获取过程中,传统的二维工程图将被全三维数字化标注所代替。三维快速标注是全三维数字化的体现,飞机零件三维标注技术将二维工程图中零件的尺寸、基准、公差、加工工艺要求、技术要求等信息用CATIA三维软件直接标注在零件的三维模型中。

    手动操作CATIA进行三维标注是一项耗时耗力的工作,增加了设计人员的工作量。研究表明,利用CAA对CATIA进行二次开发,实现快速三维标注,集成到CATIA环境下形成快速标注系统,这样有利于改变CATIA系统的标准化和智能化程度,提高CATIA系统的设计效率,对飞机零件的制造有重要意义。

2  基于CAA二次开发和三维标注技术

    2.1 CAA技术

    CAA是组件应用架构(Component ApplicationArchitecture)的缩写,是法国达索公司对CATIA扩展功能二次开发提供的以C++语言为基础的一系列函数库的总称。CAA对CATIA二次开发的方式主要有组件对象COM( Component Object Model)和对象连接嵌入技术OLE( Object Linked Embed-ded)两种方式,能使CATIA二次开发过程趋向标准化,提高程序的易用性和可扩展性。CAA的整体结构布局如图1所示,该架构包含许多模块,每个模块又包含一系列的开发文档和大量信息,用户可以根据文档中的信息来实现对CATIA扩展功能的二次开发。CAA每个模块中的文档之间存在一定联系,点击具体模块,可以查询到使用CAA编程所需要的具体函数以及函数应用实例。

    2.2 CAA的实现

    基于CAA二次开发的实现是通过其提供的Rapid Application  Development Environment( RADE)快速应用开发环境和不同的CATIA V5 API接口函数来完成的。RADE是可视化的集成开发环境,以Microsoft Visual Studi02005为载体,在C++环境中嵌入CAA开发工具。API提供了操作各种对象的接口、工具和方法,通过调用API函数对CATIA进行个性化开发,实现自定义系统和原系统的无缝融合。

图1 CAA整体结构布局

图1 CAA整体结构布局

    2.3 三维标注技术

    三维标注技术融入了过程模型、知识工程、产品标准规范等内容,将分散和抽象的知识变得更加集中和形象化,使产品设计和制造发展成为技术创新和知识积累,完成对三维模型的数字化定义。

    三维标注技术主要标注几何信息和非几何信息。几何信息主要包括尺寸和公差等信息,非几何信息主要包括制造、检测工艺和规范等信息。三维标注技术主要实现过程:首先确定一个标注平面,提取模型标注信息,再选择标注对象并将标注投影到标注平面上,最后完成三维标注。每个三维模型可以有多个标注平面,每个标注平面上要详细清楚地表达标注信息。

3  航空典型零件分类及特征信息提取

    3.1 零件分类

    飞机典型零件是指在结构或功能上相仿、能够反映某类飞机零件共性、具有代表性的零件类型,它们在结构上或制造工艺上有一定相似性,具有数量大、使用率高、可重用性好等特点。比如机翼翼梁,有叵字型梁、Z字型梁、工字型梁和J字型梁。飞机的结构主要由机翼、机身、动力装置、起飞装置和尾翼等构成,其中,机翼和机身中含有大量的典型零件,包括机加件、钣金件和型材等。航空典型零件与普通零件相比,具有结构复杂化,结构大型化,材料多元化和制造精确化等特点。

    根据航空典型零件在结构和工艺制造上的特点,介绍几种典型零件:

    ①翼梁。由腹板和缘条构成,纵向受力,缘条主要承受弯曲力矩,受拉伸和压缩。根据翼梁端头截面形状可以分为叵字型、Z字型、工字型和J字型,两端还可再细分为封闭、开口、豁口。

    ②钣金件。飞机钣金件是通过剪切冲压等加工手段生成的具有表面光滑度高、结构强度高、厚度一致等特点的金属薄壁板,主要由腹板、翼面和缘条构成。钣金件与其他结构件最大区别在于缘条通过弯折工艺实现与机翼翼面的贴合,因为钣金件壁薄,还需凸缘、线冲压以及孔等特征来降低钣金件的应力集中问题。钣金件根据翻边的不同可以分为两侧翻边钣金、三侧翻边钣金、四侧翻边钣金;根据翻边的正反向可分为正向翻边、反向翻边;根据有无豁口可分为有豁口、无豁口。

    ③拉杆。拉杆是常见的飞机结构件,属于机加零件。拉杆主要用于机身或者机身受力构件间的连接处,起连接构件或传递载荷的作用,根据实际需要按接头数的不同可分为1-1拉杆、1-2拉杆、2—2拉杆等。

    ④长桁型材。型材作为整体翼板的基本组成构件,通过焊接使其成为构成翼板的骨架。主要承受机翼弯曲力矩引起的轴向力和局部空气动力载荷引起的剪力。长桁型材可以分为普通长桁型材和蒙皮长桁型材。

    航空典型零件种类繁多、数量大,不一一列举。表1 为航空典型零件归纳总结分类。

    零件尺寸标注的具体流程如图4所示,首先获取零件当前根节点,通过获取当前编辑文档CAT-Document、根路径指针CATInit、CATIPrtContamer容器得到接口CATISpecObject,进而得到查询零件几何特征集接口CATPartRequest;其次,利用函数CATTPSInstatiateComponent()创建零件尺寸标注的容器获取零件接口指针CATITPSServicesContainers,使用该接口中RetrieveOrCreateCurrentTPSSet()函数,创建零件尺寸标注集CATTPSSet;然后利用CATTPSInstantiateComponent获取CATTPSFactory接口指针,从而创建CATITTRS;再由创建视图工厂接口CATITPSViewFactory中的CreateView()函数生成三维标注视图CATITPSView;最后根据CATITPS-FactoryElementary接口中的CreateNonSemanticDI-mension()函数实现零件尺寸标注,这种标注方法可快速将尺寸标注在航空零件实体上。

图4 零件尺寸标注流程图

图4 零件尺寸标注流程图

    4.2 公差标注的实现

    CATIA软件Functional Tolerancing&Annotation模块中带有公差标注功能,可以实现零件尺寸公差、形位公差等标注,但是必须在特定环境下完成。由于公差种类繁多,如果设计人员对CATIA系统不熟悉,操作和理解的过程就会比较慢,设计效率较低。针对这种情况开发简单易操作的零件公差标注系统,该系统可以在CATIA的零件设计等环境下快速实现对零件公差的标注。图5为零件尺寸公差标注的具体实现过程。提取航空零件中的几何尺寸,根据航空零件的形状特征、功能特征等实现零件尺寸公差的标注。零件的形位公差与尺寸公差标注方法相似,但不需要提取零件的尺寸,最终可实现的航空典型零件模型的公差标注如图6所示。

图5 零件尺寸公差标注流程图

图5 零件尺寸公差标注流程图

图6 零件公差标注系统

图6 零件公差标注系统

5 实例分析

    以航空典型零件钣金前缘肋为例,打开三维实体模型,通过程序访问模型的特征结构树,经过特征识别提取出需要标注的特征对象;通过调用API函数获取标注的位置,并按照已经匹配好的标注类型依次将信息标注在指定位置(见图7)。

图7 钣金前缘肋

图7 钣金前缘肋

6 结语

    航空典型零件快速标注系统是在CAA-RADE和Visual Studio 2005搭建的环境平台上对CATIA进行二次开发,通过CAA程序实现模型特征信息的快速标注。经验证,该系统实现了航空典型零件在不同标注平面上的尺寸标注和公差标注,为后续加工制造提供了准确全面的信息。


(编辑:梁嘉琪  来源:互联网)

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