方静

摘 要：随着MBD、数控技术在科研生产中的深入应用，产品的数学模型已经成为飞机互换协调的主要数据源头，如何使零件产品数模的设计更加完善，更加符合生产需求，是数模设计者不断思考、探索的课题。尤其是高精度的关重零件具备协调、配合的关键重要特性，在数模的设计过程中，不但要满足其设计特性，还要满足工艺特性，这样才能生产出来优质产品。文章介绍了高精度的关重零件建模的一些技巧。

关键词：关重；设计特性；工艺特性；互换协调

引言

数学模型的质量好坏直接影响产品质量，完美的数学模型会使得零件的互换协调性、零件的加工和装配精度都非常高。MBD技术深入普及之后，在零件生产过程中一些问题也陆续暴露出来，加工者经常会发现数学模型的工艺性能不好，设计方案不符合零件制造工艺或现场环境等情况。其主要原因是设计工程师和制造工程师缺乏沟通，设计方案不符合制造工艺或现场环境。制造部门因为赶进度常常主观地修改设计，大大降低了产品质量。另外，制造部门也有可能把问题退回给设计部门，然后来回协调，拖延了进度。

因此，必须从源头——数学模型着手，通过解决数学模型的设计质量，提高三维数学模型的设计特性和工艺特性，避免不必要的协调时间。此外，制造部门通过寻求新的制造工艺，采用先进制造技术，引进自动化设备等手段，提高零件加工质量和生产效率，改进生产率。

1 充分做好前期工作，保证建模质量

1.1 理解图纸

我们在建模工作之初，必须看懂图样。对图样中的技术要求、性能尺寸、装配尺寸、安装尺寸、外形尺寸做到深刻理解。使用图纸的方法步骤如下：

（1）先看标题栏，初略了解零件看标题栏，了解零件的名称，材料，数量比例等，从而大体了解零件的功能。

（2）分析研究视图，明确表达目的。看主视图，俯视图，左视图，局部视图，剖视图等，从而弄清个视图的关系及其表达目的。

（3）深入分析视图，想象结构形状。分析所有尺寸，弄清尺寸要求根据零件的结构特点，设计和制造工艺要求，找出尺寸基准，明确尺寸种类标主形式。找出影响性能的功能尺寸。

（4）分析技术要求，综合看懂全图。主要分析零件的表面粗槽度，尺寸公差和形位公差要求。要先弄清配合面或主要加工面的加工精度要求，了解其代号含义，再分析其余加工面和非加工面的相应要求，了解零件加工工艺特点和功能要求，然后了解分析零件的材料热处理，表面处理或修饰，检验等其他技术要求。

1.2 规范建模过程

习惯决定成败。一名优秀的设计员一定在平时的工作中规范自己的设计过程，养成良好的建模习惯。在建模之出就建立相关的几何图形集，并将几何图形集按照建模要求和零件特征进行合理命名。这样才能做到思路清晰，结构树合理，遇到大型数模设计时更新元素快速可循，节约建模时间及保证数模质量。

2 建模技巧

2.1 优化基础曲面

当对于腹板面为曲面，曲率非常小的零件，如果设计人员对零件制造工艺环节不熟悉，缺乏必要的工艺知识，严格按照曲面设计数学模型，那么数学模型的工艺性能就很不好。在零件生产过程中，数控加工厂工艺员在数控编程结束后，将进行虚拟走刀仿真，查看是否有切伤及多料现象。一般来说，用曲面生成的模型都会有切伤或多料处，分别显示红色和蓝色。因此，对于曲面挠度小于0.5的零件，腹板面完全可以按照平面设计，这样既不会影响产品的装配质量也不会给零件加工造成困难。

2.2 合理选择命令模块

在CATIA设计环境下，不同的命令模块都能生成同样效果的曲面或实体，但是数模的工艺性却大相径庭。因此，在建模过程中，在二维生成三维过程中选择命令不合适，也会导致数学模型的工艺性能不好。在曲面展开后，针对应用unfold命令展开的曲面，在进行展开数模创建时有两种方案生成数模：方案一、按展开后平曲面直接按曲面增厚形式生成腹板面；方案二、将展开后的平面外缘提出，用草图拉伸壁板实体的厚度。经过生产实际对比，采用方案二生成的实体曲面品质更好，同时也便于数控编程。

2.3 关重尺寸把握到位

在飞机生产中，有很多重要结构件，比如：框、梁、肋、骨架等，是飞机的主要承力部件，该类零件对于关键部位的尺寸精度、位置精度、形位公差等要求很高，只有懂得装配、机加热处理等专业知识、加工要点、工艺规程，才能设计出面向设计的三维数学模型，保证产品质量。

首先，在草图的设计过程中要考虑并保证关键尺寸，确保不出现关键尺寸没有完全约束或过约束的现象出现。其次，为了保证数模的工艺性注释内容必须清晰、正确，将尺寸公差、形位公差、基准面等关重因素在数模中通过三维注释表达清楚。最后，做好数模的装配干涉检查，每一个零件不是孤立存在的，都需要有装配协调关系，将相关的零部件数模利用CATProduct模块进行装配干涉检查，确保零件的互换协调。

2.4 数模的倒角问题

到了倒角這一步可以说是整个设计的收口工作，倒角质量也是影响整体数模工艺性的关键因素，规避设计陋习，优化倒角顺序才能保证数模质量好，数控编程会非常顺畅。

首先，一般来讲对数模整体，应遵循先四周再底面的倒角原则，即先处理垂直于腹板面的倒角，再处理平行腹板面的倒角。很多时候设计员会发现很多零件数学模型工艺上无法实现，这很大程度上是由于倒角次序不同生产的。如果先进行平行于腹板面的倒角，再进行垂直于腹板面的倒角，零件形状就会失真，这个时候要考虑改变倒角顺序了。

另外，对于台阶高度小于倒角半径的部位，需要选择台阶棱线作为限保留元素以保证倒角成功。如果出现对在一个面上相互平行、高度不同的棱线进行倒角情况时，必须按照从高往低倒角的原则，避免出现由于台阶高度不够导致命令无法实现。

最后，强调几个细节：连续的底角构成的封闭区域内无通孔时，选择底面比选择棱线更为方便；同一类型的倒角可以采用一次命令设计，但在腹板两侧的倒角应分成两次操作；一个倒角操作中选取的倒角边不应超过20个，避免运算量太大，影响后期更改维护。

3 结束语

MBD技术大大地推进了飞机设计、制造的经度和效率，但是任何技术创新都需要，技术人员不断更新设计思路，开拓新技术，在设计之初充分考虑数模的工艺性，会减少设计的重复设计更改，提高零件的制造精度和生产周期。

参考文献

[1]范玉青.现代飞机制造技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[2]中航工业沈飞制造工程部.工艺员手册第二分册模线样板及制造数据设计管理[Z].沈阳飞机工业（集团）有限责任，公司内部资料，2013.