CN102902851A - 一种基于catia的飞机整体壁板的展开建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明以飞机数字样机为基础，提供一种基于CATIA软件的飞机整体壁板的展开建模方法，该方法针对变厚度的整体壁板，通过优化理论外形曲面和编程构造展开模型等手段，可以较为准确地将弯曲的整体壁板展开为成型该零件的平板工艺模型。避免了由于理论外形曲面的展开误差过大造成的展开模型不可用的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于飞机数字化制造领域，涉及一种飞机整体壁板的展开建模方法，特别涉及一种变厚度整体壁板的展开建模方法。
背景技术
现代大型飞机机翼普遍采用整体壁板来代替传统的铆接壁板作为主承力结构。将壁板本体和长桁融为一体的整体壁板具有重量轻、刚性好、气密性好的优点，可满足现代飞机轻量化、长寿命和高可靠性等技术要求。整体壁板的外表面是飞机的气动外形面，因此它的制造精度直接影响飞机的气动性能。整体壁板目前最常用的加工方法是先将壁板数模在三维工程CAD软件中进行展开计算，建立壁板的平板工艺数模，然后用三坐标数控机床加工出展开数模，最后采用喷丸工艺将其成型为最终形状。与传统的直接采用五坐标数控机床进行加工的方法相比，这种方法加工效率高，节省材料，零件表面质量好。
壁板展开是从壁板零件的最终形状出发，逆向求取成型该零件平板工艺模型的过程，是整体壁板喷丸加工工艺中的一项关键技术。快速准确的整体壁板展开建模方法对于缩短飞机研制周期，保证飞机气动性能以及促进现代飞机制造技术的发展具有重要意义。文献“张贤杰，裴广勇，王俊彪，基于UG的飞机整体壁板类零件数字化展开，航空制造技术 2（2003）57-60”公开了一种基于UG的飞机整体壁板的展开方法，包括以下步骤：（1）建立整体壁板零件的几何模型；（2）对壁板外形面进行网格划分；（3）对壁板模型进行展开建模，包括外形面的展开和内形面上结构特征的展开；（4）展开模型的后置处理。该方法的缺陷表现为：
1、由于展开之前没有对壁板外形面进行可展性检测和优化处理，该方法容易造成展开结果超差的情况，导致展开模型报废。
2、该方法没有涉及变厚度壁板本体的内形展开面的构造方法。如果采用手工取点展开，工作强度大，容易出错，且点位密度低，展开质量差。
发明内容：
为了克服上述现有方法的不足，本发明以飞机数字样机为基础，提供一种基于CATIA软件的飞机整体壁板的展开建模方法，该方法针对变厚度的整体壁板，通过优化理论外形曲面和编程构造展开模型等手段，可以较为准确地将弯曲的整体壁板展开为成型该零件的平板工艺模型。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于CATIA的飞机整体壁板的展开建模方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、检测理论外形曲面：在理论外形曲面上作出边线和对角线作为检测线，展开理论外形曲面获得外形展开面，将检测线传递到外形展开面上得到展开检测线，对比所有检测线展开前后的长度，依次判定理论外形曲面的展开误差，如果该误差在允许范围内，直接进行步骤2）；否则，通过构造多截面曲面的方式对该曲面进行优化处理，直到理论外形曲面的展开误差满足工艺要求，然后用优化后的曲面代替原理论外形曲面；
2）、将整体壁板的外形特征线，以及与该整体壁板相关的长桁基准线和肋基准线投影到理论外形曲面上；
3）、展开理论外形曲面得到外形展开面，并将投影到理论外形曲面的外形特征线、长桁基准线和肋基准线传递到外形展开面上；
4)、构造壁板本体的内形展开面：通过CATIA的二次开发接口，编程以指定的密度采取壁板本体内形面上的点位，测量各点位处壁板本体的厚度；然后将这些点位信息和厚度值传递到外形展开面上，获得对应于内形展开面的点云；最后参照壁板本体，拟合该点云生成内形展开面；
5)、建立壁板本体的展开模型：依据外形展开面、内形展开面以及投影到外形展开面上的外形特征线，参照壁板本体建立其展开模型；
6)、建立长桁的展开模型：提取外形展开面上各长桁基准线与肋基准线交点处的长桁截面草图并传递到外形展开面上；然后以长桁截面草图为截面，以外形展开面上的长桁基准线及其偏移线为引导线，通过多截面实体操作生成长桁的展开实心模型；最后在展开实心模型上添加孔位和凸台等特征，得到长桁的展开模型；
7)、合并壁板本体的展开模型与长桁的展开模型，得到整体壁板的展开模型。
经过以上步骤，实现了飞机整体壁板的平板工艺模型的建立。
本发明的有益效果是：通过展开之前对壁板理论外形曲面展开误差的检测以及对展开结果超差的理论外形曲面的优化处理，提高了展开建模的准确性和可靠性，避免了由于理论外形曲面的展开误差过大造成的展开模型不可用；采用编程手段构造展开内形面的点云，提高了壁板内形展开面的构造效率和质量，避免了以往手工构造方法工作强度大和容易出错的缺点；采用提取长桁截面草图的方法，本发明实现了长桁展开模型的快速准确构造。
附图说明
图1是本发明实施例中整体壁板的数字模型。
图2是本发明实施例步骤（1-1）检测误差过程图。
图3是本发明实施例步骤（1-2）优化曲面过程图。
图4是本发明实施例步骤2获取特征线结果图。
图5是本发明实施例步骤3理论外形曲面展开结果图。
图6是本发明实施例步骤4生成点云程序流程图。
图7是本发明实施例步骤4构造内形展开面过程图。
图8是本发明实施例步骤5壁板本体展开结果图。
图9是本发明实施例步骤6建立长桁展开模型过程图。
图10是本发明实施例整体壁板展开结果图。
图中编号说明：1-壁板本体、2-长桁、3-理论外形曲面、4-长桁基准线、5-肋基准线、6-检测线、7-外形展开面、8-展开检测线、9-样条曲线、10-边线、11-外形特征线、12-外形展开面、13-点云、14-内形展开面、15-壁板本体的展开模型、16-长桁的展开模型、17-长桁截面草图、18-偏移线、19-孔位、20-凸台、21-斜边。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
具体实施的对象是如图1所示的某型号飞机机翼上的一块集成了壁板本体1和长桁2的整体壁板，其中壁板本体1是变厚度的。数字样机中提供了该整体壁板对应的双曲率不可展的理论外形曲面3以及长桁基准线4和肋基准线5等信息。附图中只给出了整体壁板的一部分。在CATIA软件中对该整体壁板进行展开建模的过程如下：
1）、检测和优化理论外形曲面3，具体过程如下：
检测理论外形曲面3：如图2所示，在理论外形曲面3上作出边线和对角线作为检测线6，展开理论外形曲面3获得外形展开面7，将检测线6传递到外形展开面7上得到展开检测线8，对比所有检测线展开前后的长度。对比结果表明，展开误差最大的一条检测线展开前长4125.89mm，展开后长4127.17mm，误差1.28mm，超出误差允许范围0.8mm，说明理论外形曲面3表面质量达不到展开要求，因此需要对其进行优化处理。
优化理论外形曲面3：如图3所示，在理论外形曲面3上沿长桁基准线4方向作一组平行曲线，在每条曲线上均匀地作若干个点，用这些点重新构造一组曲率连续的样条曲线9；然后以理论外形曲面3上沿肋方向的两条边线10为引导线，用样条曲线9通过多截面曲面操作拟合出新的曲面；最后采用步骤（1-1）的方法检测拟合曲面的展开误差，得知最大误差为0.107mm，在误差允许范围内，因此用该拟合曲面代替理论外形曲面3。
2）、提取整体壁板的外形特征线11，然后将外形特征线11、长桁基准线4和肋基准线5投影到理论外形曲面3上，如图4所示。
3）、展开理论外形曲面3得到外形展开面12，并将投影到理论外形曲面3的外形特征线11、长桁基准线4和肋基准线5传递到外形展开面12上，如图5所示。
4）、构造壁板本体1的内形展开面14：通过CATIA的二次开发接口，编写VB程序以指定的密度提取壁板本体1的内形面上的点位，测量各点位处壁板本体的厚度；然后将这些点位信息和厚度值传递到外形展开面12上，形成对应于内形展开面14的点云13，程序流程如图6所示；最后参照壁板本体1，拟合该点云13生成内形展开面14，如图7所示。
5）、建立壁板本体1的展开模型15：依据外形特征线11、外形展开面12和内形展开面14，参照壁板本体1建立其展开模型15，结果如图8所示。
6）、建立长桁2的展开模型16：提取外形展开面上各长桁基准线4与肋基准线5交点处的长桁截面草图17并传递到外形展开面12上；然后以长桁截面草图17为截面，以外形展开面上的的长桁基准线4及其偏移线18为引导线，通过多截面实体操作生成长桁的展开实心模型；最后在展开实心模型上添加孔位19、凸台20和斜边21，得到长桁的展开模型16，如图9所示。
7）、合并壁板本体1的展开模型15与长桁2的展开模型16，得到整体壁板的展开模型，如图10所示。
经过以上步骤，实现了这块整体壁板的平板工艺模型的建立。
对展开模型的检验表明，沿长桁基准线方向的最大误差为0.0058%，沿肋基准线方向的最大误差为0.0079%，均在允许范围内。
Claims (2)
1.一种基于CATIA的飞机整体壁板的展开建模方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、检测理论外形曲面：在理论外形曲面上作出边线和对角线作为检测线，展开理论外形曲面获得外形展开面，将检测线传递到外形展开面上得到展开检测线，对比所有检测线展开前后的长度，依次判定理论外形曲面的展开误差，如果该误差在允许范围内，直接进行步骤2）；否则，通过构造多截面曲面的方式对该曲面进行优化处理，直到理论外形曲面的展开误差满足工艺要求，然后用优化后的曲面代替原理论外形曲面；
2）、将整体壁板的外形特征线，以及与该整体壁板相关的长桁基准线和肋基准线投影到理论外形曲面上；
3）、展开理论外形曲面得到外形展开面，并将投影到理论外形曲面的外形特征线、长桁基准线和肋基准线传递到外形展开面上；
4)、构造壁板本体的内形展开面：通过CATIA的二次开发接口，编程以指定的密度采取壁板本体内形面上的点位，测量各点位处壁板本体的厚度；然后将这些点位信息和厚度值传递到外形展开面上，获得对应于内形展开面的点云；最后参照壁板本体，拟合该点云生成内形展开面；
5)、建立壁板本体的展开模型：依据外形展开面、内形展开面以及投影到外形展开面上的外形特征线，参照壁板本体建立其展开模型；
6)、建立长桁的展开模型：提取外形展开面上各长桁基准线与肋基准线交点处的长桁截面草图并传递到外形展开面上；然后以长桁截面草图为截面，以外形展开面上的长桁基准线及其偏移线为引导线，通过多截面实体操作生成长桁的展开实心模型；最后在展开实心模型上添加孔位和凸台等特征，得到长桁的展开模型；
7)、合并壁板本体的展开模型与长桁的展开模型，得到整体壁板的展开模型。
2.如权利要求1所述的基于CATIA的飞机整体壁板的展开建模方法，其特征在于在步骤1）检测理论外形曲面时，理论外形曲面的展开误差超出允许范围，对理论外形曲面进行优化，是在理论外形曲面上沿长桁基准线方向作一组平行曲线，在每条曲线上均匀地作若干个点，用这些点重新构造一组曲率连续的样条曲线；然后以理论外形曲面上沿肋方向的两条边线为引导线，用样条曲线通过多截面曲面操作拟合出新的曲面；最后采用步骤1）的方法检测拟合曲面的展开误差，在误差允许范围内，用该拟合曲面代替理论外形曲面。
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