專利名稱：一種基于catia的飛機整體壁板的展開建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飛機數(shù)字化制造領(lǐng)域，涉及一種飛機整體壁板的展開建模方法，特別涉及一種變厚度整體壁板的展開建模方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代大型飛機機翼普遍采用整體壁板來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接壁板作為主承力結(jié)構(gòu)。將壁板本體和長桁融為一體的整體壁板具有重量輕、剛性好、氣密性好的優(yōu)點，可滿足現(xiàn)代飛機輕量化、長壽命和高可靠性等技術(shù)要求。整體壁板的外表面是飛機的氣動外形面，因此它的制造精度直接影響飛機的氣動性能。整體壁板目前最常用的加工方法是先將壁板數(shù)模在三維工程CAD軟件中進行展開計算，建立壁板的平板工藝數(shù)模，然后用三坐標(biāo)數(shù)控機床加工出展開數(shù)模，最后采用噴丸工藝將其成型為最終形狀。與傳統(tǒng)的直接采用五坐標(biāo)數(shù)控機 床進行加工的方法相比，這種方法加工效率高，節(jié)省材料，零件表面質(zhì)量好。壁板展開是從壁板零件的最終形狀出發(fā)，逆向求取成型該零件平板工藝模型的過程，是整體壁板噴丸加工工藝中的一項關(guān)鍵技術(shù)?？焖贉?zhǔn)確的整體壁板展開建模方法對于縮短飛機研制周期，保證飛機氣動性能以及促進現(xiàn)代飛機制造技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。文獻(xiàn)“張賢杰，裴廣勇，王俊彪，基于UG的飛機整體壁板類零件數(shù)字化展開，航空制造技術(shù)2 (2003) 57-60”公開了一種基于UG的飛機整體壁板的展開方法，包括以下步驟(I)建立整體壁板零件的幾何模型；(2)對壁板外形面進行網(wǎng)格劃分；(3)對壁板模型進行展開建模，包括外形面的展開和內(nèi)形面上結(jié)構(gòu)特征的展開；(4)展開模型的后置處理。該方法的缺陷表現(xiàn)為I、由于展開之前沒有對壁板外形面進行可展性檢測和優(yōu)化處理，該方法容易造成展開結(jié)果超差的情況，導(dǎo)致展開模型報廢。2、該方法沒有涉及變厚度壁板本體的內(nèi)形展開面的構(gòu)造方法。如果采用手工取點展開，工作強度大，容易出錯，且點位密度低，展開質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明以飛機數(shù)字樣機為基礎(chǔ)，提供一種基于CATIA軟件的飛機整體壁板的展開建模方法，該方法針對變厚度的整體壁板，通過優(yōu)化理論外形曲面和編程構(gòu)造展開模型等手段，可以較為準(zhǔn)確地將彎曲的整體壁板展開為成型該零件的平板工藝模型。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于CATIA的飛機整體壁板的展開建模方法，其特征在于包括以下步驟I)、檢測理論外形曲面在理論外形曲面上作出邊線和對角線作為檢測線，展開理論外形曲面獲得外形展開面，將檢測線傳遞到外形展開面上得到展開檢測線，對比所有檢測線展開前后的長度，依次判定理論外形曲面的展開誤差，如果該誤差在允許范圍內(nèi)，直接進行步驟2);否則，通過構(gòu)造多截面曲面的方式對該曲面進行優(yōu)化處理，直到理論外形曲面的展開誤差滿足工藝要求，然后用優(yōu)化后的曲面代替原理論外形曲面；2)、將整體壁板的外形特征線，以及與該整體壁板相關(guān)的長桁基準(zhǔn)線和肋基準(zhǔn)線投影到理論外形曲面上；3)、展開理論外形曲面得到外形展開面，并將投影到理論外形曲面的外形特征線、長桁基準(zhǔn)線和肋基準(zhǔn)線傳遞到外形展開面上；4)、構(gòu)造壁板本體的內(nèi)形展開面通過CATIA的二次開發(fā)接口，編程以指定的密度采取壁板本體內(nèi)形面上的點位，測量各點位處壁板本體的厚度；然后將這些點位信息和厚度值傳遞到外形展開面上，獲得對應(yīng)于內(nèi)形展開面的點云；最后參照壁板本體，擬合該點云生成內(nèi)形展開面；5)、建立壁板本體的展開模型依據(jù)外形展開面、內(nèi)形展開面以及投影到外形展開面上的外形特征線，參照壁板本體建立其展開模型；6)、建立長桁的展開模型提取外形展開面上各長桁基準(zhǔn)線與肋基準(zhǔn)線交點處的長桁截面草圖并傳遞到外形展開面上；然后以長桁截面草圖為截面，以外形展開面上的長桁基準(zhǔn)線及其偏移線為引導(dǎo)線，通過多截面實體操作生成長桁的展開實心模型；最后在展開實心模型上添加孔位和凸臺等特征，得到長桁的展開模型；7)、合并壁板本體的展開模型與長桁的展開模型，得到整體壁板的展開模型。經(jīng)過以上步驟，實現(xiàn)了飛機整體壁板的平板工藝模型的建立。本發(fā)明的有益效果是通過展開之前對壁板理論外形曲面展開誤差的檢測以及對展開結(jié)果超差的理論外形曲面的優(yōu)化處理，提高了展開建模的準(zhǔn)確性和可靠性，避免了由于理論外形曲面的展開誤差過大造成的展開模型不可用；采用編程手段構(gòu)造展開內(nèi)形面的點云，提高了壁板內(nèi)形展開面的構(gòu)造效率和質(zhì)量，避免了以往手工構(gòu)造方法工作強度大和容易出錯的缺點；采用提取長桁截面草圖的方法，本發(fā)明實現(xiàn)了長桁展開模型的快速準(zhǔn)確構(gòu)造。


圖I是本發(fā)明實施例中整體壁板的數(shù)字模型。圖2是本發(fā)明實施例步驟(1-1)檢測誤差過程圖。圖3是本發(fā)明實施例步驟(1-2)優(yōu)化曲面過程圖。圖4是本發(fā)明實施例步驟2獲取特征線結(jié)果圖。圖5是本發(fā)明實施例步驟3理論外形曲面展開結(jié)果圖。圖6是本發(fā)明實施例步驟4生成點云程序流程圖。圖7是本發(fā)明實施例步驟4構(gòu)造內(nèi)形展開面過程圖。圖8是本發(fā)明實施例步驟5壁板本體展開結(jié)果圖。圖9是本發(fā)明實施例步驟6建立長桁展開模型過程圖。圖10是本發(fā)明實施例整體壁板展開結(jié)果圖。圖中編號說明1_壁板本體、2-長桁、3-理論外形曲面、4-長桁基準(zhǔn)線、5-肋基準(zhǔn)線、6-檢測線、7-外形展開面、8-展開檢測線、9-樣條曲線、10-邊線、11-外形特征線、12-外形展開面、13-點云、14-內(nèi)形展開面、15-壁板本體的展開模型、16-長桁的展開模型、17-長桁截面草圖、18-偏移線、19-孔位、20-凸臺、21-斜邊。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。具體實施的對象是如圖I所示的某型號飛機機翼上的一塊集成了壁板本體I和長桁2的整體壁板，其中壁板本體I是變厚度的。數(shù)字樣機中提供了該整體壁板對應(yīng)的雙曲率不可展的理論外形曲面3以及長桁基準(zhǔn)線4和肋基準(zhǔn)線5等信息。附圖中只給出了整體壁板的一部分。在CATIA軟件中對該整體壁板進行展開建模的過程如下I)、檢測和優(yōu)化理論外形曲面3，具體過程如下檢測理論外形曲面3 :如圖2所示，在理論外形曲面3上作出邊線和對角線作為檢測線6，展開理論外形曲面3獲得外形展開面7，將檢測線6傳遞到外形展開面7上得到展開檢測線8，對比所有檢測線展開前后的長度。對比結(jié)果表明，展開誤差最大的一條檢測線展開前長4125. 89mm,展開后長4127. 17mm,誤差I(lǐng). 28mm,超出誤差允許范圍O. 8mm,說明理 論外形曲面3表面質(zhì)量達(dá)不到展開要求，因此需要對其進行優(yōu)化處理。優(yōu)化理論外形曲面3 :如圖3所示，在理論外形曲面3上沿長桁基準(zhǔn)線4方向作一組平行曲線，在每條曲線上均勻地作若干個點，用這些點重新構(gòu)造一組曲率連續(xù)的樣條曲線9 ;然后以理論外形曲面3上沿肋方向的兩條邊線10為引導(dǎo)線，用樣條曲線9通過多截面曲面操作擬合出新的曲面；最后采用步驟(ι-i)的方法檢測擬合曲面的展開誤差，得知最大誤差為O. 107mm，在誤差允許范圍內(nèi)，因此用該擬合曲面代替理論外形曲面3。2)、提取整體壁板的外形特征線11，然后將外形特征線11、長桁基準(zhǔn)線4和肋基準(zhǔn)線5投影到理論外形曲面3上，如圖4所示。3)、展開理論外形曲面3得到外形展開面12，并將投影到理論外形曲面3的外形特征線11、長桁基準(zhǔn)線4和肋基準(zhǔn)線5傳遞到外形展開面12上，如圖5所示。4)、構(gòu)造壁板本體I的內(nèi)形展開面14 :通過CATIA的二次開發(fā)接口，編寫VB程序以指定的密度提取壁板本體I的內(nèi)形面上的點位，測量各點位處壁板本體的厚度；然后將這些點位信息和厚度值傳遞到外形展開面12上，形成對應(yīng)于內(nèi)形展開面14的點云13，程序流程如圖6所示；最后參照壁板本體1，擬合該點云13生成內(nèi)形展開面14，如圖7所示。5)、建立壁板本體I的展開模型15 :依據(jù)外形特征線11、外形展開面12和內(nèi)形展開面14，參照壁板本體I建立其展開模型15，結(jié)果如圖8所示。6)、建立長桁2的展開模型16 :提取外形展開面上各長桁基準(zhǔn)線4與肋基準(zhǔn)線5交點處的長桁截面草圖17并傳遞到外形展開面12上；然后以長桁截面草圖17為截面，以外形展開面上的的長桁基準(zhǔn)線4及其偏移線18為引導(dǎo)線，通過多截面實體操作生成長桁的展開實心模型；最后在展開實心模型上添加孔位19、凸臺20和斜邊21，得到長桁的展開模型16，如圖9所示。7)、合并壁板本體I的展開模型15與長桁2的展開模型16，得到整體壁板的展開模型，如圖10所示。經(jīng)過以上步驟，實現(xiàn)了這塊整體壁板的平板工藝模型的建立。對展開模型的檢驗表明，沿長桁基準(zhǔn)線方向的最大誤差為O. 0058%，沿肋基準(zhǔn)線方向的最大誤差為O. 0079%，均在允許范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于CATIA的飛機整體壁板的展開建模方法，其特征在于包括以下步驟 1)、檢測理論外形曲面在理論外形曲面上作出邊線和對角線作為檢測線，展開理論外形曲面獲得外形展開面，將檢測線傳遞到外形展開面上得到展開檢測線，對比所有檢測線展開前后的長度，依次判定理論外形曲面的展開誤差，如果該誤差在允許范圍內(nèi)，直接進行步驟2);否則，通過構(gòu)造多截面曲面的方式對該曲面進行優(yōu)化處理，直到理論外形曲面的展開誤差滿足工藝要求，然后用優(yōu)化后的曲面代替原理論外形曲面； 2)、將整體壁板的外形特征線，以及與該整體壁板相關(guān)的長桁基準(zhǔn)線和肋基準(zhǔn)線投影到理論外形曲面上； 3)、展開理論外形曲面得到外形展開面，并將投影到理論外形曲面的外形特征線、長桁基準(zhǔn)線和肋基準(zhǔn)線傳遞到外形展開面上； 4)、構(gòu)造壁板本體的內(nèi)形展開面通過CATIA的二次開發(fā)接口，編程以指定的密度采取壁板本體內(nèi)形面上的點位，測量各點位處壁板本體的厚度；然后將這些點位信息和厚度值傳遞到外形展開面上，獲得對應(yīng)于內(nèi)形展開面的點云；最后參照壁板本體，擬合該點云生成內(nèi)形展開面； 5)、建立壁板本體的展開模型依據(jù)外形展開面、內(nèi)形展開面以及投影到外形展開面上的外形特征線，參照壁板本體建立其展開模型； 6)、建立長桁的展開模型提取外形展開面上各長桁基準(zhǔn)線與肋基準(zhǔn)線交點處的長桁截面草圖并傳遞到外形展開面上；然后以長桁截面草圖為截面，以外形展開面上的長桁基準(zhǔn)線及其偏移線為引導(dǎo)線，通過多截面實體操作生成長桁的展開實心模型；最后在展開實心模型上添加孔位和凸臺等特征，得到長桁的展開模型； 7)、合并壁板本體的展開模型與長桁的展開模型，得到整體壁板的展開模型。
2.如權(quán)利要求I所述的基于CATIA的飛機整體壁板的展開建模方法，其特征在于在步驟I)檢測理論外形曲面時，理論外形曲面的展開誤差超出允許范圍，對理論外形曲面進行優(yōu)化，是在理論外形曲面上沿長桁基準(zhǔn)線方向作一組平行曲線，在每條曲線上均勻地作若干個點，用這些點重新構(gòu)造一組曲率連續(xù)的樣條曲線；然后以理論外形曲面上沿肋方向的兩條邊線為引導(dǎo)線，用樣條曲線通過多截面曲面操作擬合出新的曲面；最后采用步驟I)的方法檢測擬合曲面的展開誤差，在誤差允許范圍內(nèi)，用該擬合曲面代替理論外形曲面。
全文摘要
本發(fā)明以飛機數(shù)字樣機為基礎(chǔ)，提供一種基于CATIA軟件的飛機整體壁板的展開建模方法，該方法針對變厚度的整體壁板，通過優(yōu)化理論外形曲面和編程構(gòu)造展開模型等手段，可以較為準(zhǔn)確地將彎曲的整體壁板展開為成型該零件的平板工藝模型。避免了由于理論外形曲面的展開誤差過大造成的展開模型不可用的缺陷。
文檔編號G06F17/50GK102902851SQ20121035316
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者陳金平, 韓強儒, 楊亮, 彭艷敏, 蔡淵, 陽波, 黨建衛(wèi) 申請人:西安飛機工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司