MBD技术下钣金零件模线样板的设计

石 晶 ，赵 敏 ，魏凤瑞

(中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，a.制造数据中心；b.通航研发中心；c.技术装备中心，辽宁 沈阳 110850)

MBD技术下钣金零件模线样板的设计

石 晶a，赵 敏b，魏凤瑞c

(中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，a.制造数据中心；b.通航研发中心；c.技术装备中心，辽宁 沈阳 110850)

在飞机的设计和制造中，模线样板作为飞机零件制造和工艺装配的首道工序有着重要作用，简要介绍了MBD技术及钣金零件外形样板、展开样板、切面样板在传统模式下和在MBD技术下模线的设计方法。MBD技术的应用，使模线样板设计转变为以三维模型为依据的数字化设计，提高了模线样板加工的效率与精度。

MBD技术；钣金零件；模线样板

随着科技日新月异的发展，飞机产品的协调依据从传统模拟量传递的标准样件过渡到了现代化数字量传递的三维实体模型。基于模型的定义（Model Based Definition，MBD）技术是波音公司在美国机械工程师协会颁布的数字产品定义规范的基础上，结合自己的数字化制造经验扩充了飞机研制建模中所有特有的应用需求，从而得出的一种全新的数字化定义技术。

目前，我国航空制造业正在关注并大力推进MBD技术的发展，更好的应用其技术来为飞机研制服务。模线样板作为我公司零件制造和工艺装配的依据占有重要的地位。MBD技术的应用，使模线样板设计从传统设计方法转变为以三维模型为依据的数字化设计，同样提高了模线样板加工的效率与精度。

1 MBD技术概述

1.1 MBD技术的定义

基于模型的定义（Model Based Definition，MBD）技术是波音公司在美国机械工程师协会颁布的数字产品定义规范的基础上，结合自己的数字化制造经验扩充了飞机研制建模中所有特有的应用需求，从而得出的一种全新的数字化定义技术。

1.2 MBD技术简介

MBD技术是一种具有三维模型主要元素的完整产品数字化定义技术，是随着数字化定义技术在产品设计和制造中的深入应用而发展起来的。其核心思想是采用三维数字化模型进行产品数字化模型从而进行产品数字化信息的完整描述，实现以三维数字化模型为核心的设计制造信息传递模式。MBD思想的核心要求是基于图纸的设计授权模式转变为以三维模型为主的设计授权模式，要求所有生产检验的依据要执行以三维模型为主，二维图纸为辅的工作方法。

2 钣金零件外形与切面样板的设计方法

2.1 传统方式下外形与切面样板的设计

在传统的设计方法中，由于我们只有图纸作为依据，这就要求我们只能根据图纸中的尺寸在电脑中依次画出零件的外形或者画出切面的曲线来得到模线。对于外形简单的零件设计样板时还比较容易，但是对于外形复杂的零件设计起来就相当烦琐。

2.2 MBD技术下外形与切面样板的设计

由于在设计样板时有三维数据集作为加工的依据，所以在设计外形与切面样板时就可以直接利用CATIA软件在零件三维实体上做一些简单的操作求出所需要的轮廓线。通常外形样板只要在数模中求出零件的外形交线，切面样板只要做出所要位置的交线，并且留出所需要的定位线和基准线，将所有需要的线条利用Drafting模块转换成二维图形，得到模线。这样设计减少了传统设计中只按照图纸尺寸进行逐一绘制的烦琐。

3 钣金零件展开样板的设计方法

飞机钣金零件的制造需要零件的展开样板和二维展开数据集进行下料或加工，因此展开样板的设计在我们公司的样板设计中占有很大的比例。随着MBD技术的推进，二维图纸已经逐步被三维模型替代，按照传统的设计方法设计这些零件的展开样板是非常繁琐的，只有随着技术的提升改变设计方法才能适应发展。以图1所示为例，简要说明展开样板的设计方法。

图1 钣金零件

3.1 传统方式下展开样板的设计

按照传统的设计方法，在求上述零件的展开样板时，由于零件的展开尺寸在图纸上没有体现，弯边形状比较复杂，所以在求展开尺寸时需要在多处不同位置测出弯边斜高和弯边角度，利用模线设计员手册查出相应的系数数值或者利用求弯边展开的计算公式：

算出展开值。

其中，

Z为距外形交线的展开尺寸；

T为弯边斜高；

R为弯曲内半径；

δ为材料厚度；

α为中心角。

将所求值做点画出，最后将所有展开值的点用样条曲线连出，得到展开的轮廓线。由于是利用点画样条曲线，所以位置选取越多相对展开样板的外缘越精确。

这种方法需要大量的测量与计算，在测量与计算时是相当繁琐的，同时，在计算时又会有很多系数上的偏差，连接展开值的样条曲线的精度也很难保证。

3.2 MBD技术下展开样板的设计

MBD技术下数据集是所有设计、制造的依据，其包括产品在研制过程中相关的各项属性和功能，这样很多零件信息我们就可以直接在结构树中提取，实现了过程的简化。

抛开二维图纸，以数模作为设计的依据，在设计展开样板时我们就可以在CATIA软件中将该零件的外形交线、弯边轮廓线提取出来。再利用CATIA软件中的航空钣金模块将零件用钣金弯边的方式做出，利用展开命令就可以直接将零件的展开求出。如图2所示。

图2 钣金零件的展开

用钣金方法做出的数模可以得到零件的展开状态，利用Drafting模块中的投影视图命令就得到展开模线。对于弯边上有孔的零件，在用钣金方法建模时一并在零件的弯边上做出所需的孔，展开时可以同时得到弯边上的孔。

按照这种方式设计展开样板只需重新以钣金的方式将零件做出即可，大大减小了计算量，降低了难度，由计算机计算保证了计算的准确度，并且展开样板的轮廓由零件的外缘控制提高了样板的精度。

4 在MBD技术下模线样板设计方法的先进性

4.1 在MBD技术下设计模线样板的优点

在MBD技术下，模线样板的设计不再依据二维图纸，也不在需要利用传统的计算公式，减小了设计时的计算量，对于零件的一些属性，例如：材料厚度，弯边圆角等可以直接在数模中找到而无需测量。对于图2所示的零件弯边形状复杂，如果用传统取点计算，在用样条曲线连接的方法，误差较大。现在以数模为依据，有软件直接生成，即节省时间，又提高了其准确度。

4.2 在MBD技术下设计模线样板的建议

虽然模线样板的设计在MBD技术下有了一定的突破，但是对于零件曲度更加复杂，无法单独用钣金方式建模的零件，这样设计有可能增加难度。对于不同结构的钣金零件，模线样板的设计方法也应该选择不同的方式。因此，如何更好的应用CATIA软件建立钣金零件也时我们今后工作的需要探索的。在传统方法向数字化方法转变的过度时期，我们要更好的将设计方法结合。

5 结论

随着MBD技术在航空研制体系中的应用，三维模型已经贯穿在整个飞机设计制造过程中，成为飞机设计制造的依据。随之而来，对于如何更好的将MBD技术的优势应用在模线样板的设计中，怎样更完美的将传统模拟量向现代数字化转变合是我们进一步需要思考的问题。

[1]鲁 康.强化标准关注体系推进MBD深入应用[J].航空制造技术，2010，(20)：54-57.

[2]航空制造工程手册总编委会.航空制造工程手册——飞机模线样板[M].北京.航空工业出版社.1993.

Design of Sheet Metal Parts’Lofting Tem ple Base on MBD Technology

SHI Jinga，ZHAO Minb，WEI Feng-ruic
(a.Manufacturing Date Center；b.General Aviation Research and Development Center；c.Technology Equipment Center；AVICSHEN YANGAIRCRAFTCORPORATION，Shenyang 110850，China）

In the design and manufacture of mould pattern as the line,making and process of assembling the parts of the first step is an important role.the paper briefly introduces MBD technology and sheet metal parts’outline template、flat template etc in the traditional mode and technology of the modal MBD design methods.The application of MBD technology,so that the template design into a 3D model based digital design,improves the template processing efficiency and accuracy.

MBD technology；sheet metal Parts；lofting temple

V262.32

B

1672-545X（2013）01-0128-02

2012-10-08

石 晶(1983—)，女，辽宁辽阳人，学士学位，工程师，主要研究领域为飞机模线样板和数据集的设计。