复杂机加类零件模线样板取制方法

屈东旭

摘 要：现代飞机制造技术中，模线样板技术是重要的模拟量传递技术，是加工和检验零件的重要依据，在航空制造业中有着至关重要的作用，由于大型机加件结构复杂，其外形样板的取制方法一直都是难点。针对几类复杂的机加类零件，提出模线样板的取制方法。

关键词：模线样板；外形；零件；取制方法

模线样板生产是飞机制造的第一步工作，是飞机从设计到生产之间的桥梁，是飞机几何尺寸的原始依据，是飞机制造过程中保证各类零件、组件、部件尺寸协调的主要手段，飞机的大部分零件和工艺装备都需要按模线样板制造和检验。随着飞机制造工艺水平不断提高，数字化技术的应用和MBD技术的普及，现在一些数控零件有的也采用先进的三维数字化测量机检验，但是有的一些大型复杂的零件，由于外形复杂很难定位，所以必须采用样板检验，样板的精度就决定了零件的精度。因此对样板制造和设计的准确度和精确度提出了很高的要求。现在用数控绘图仪和激光切割机取代了传统的模线和样板手工制作的方法，很大程度上提高了模線和样板的精度，在现阶段，模线样板的前期设计工作是在计算机上用CATIA V5投影三维数模所得到的几何图形，现代飞机的理论外形和内部结构错综复杂，在很多情况下，零件投影到某一个平面上并不能完全反应零件的真实形状，并不能满足零件生产车间的技术要求，基于现在飞机零件的生产现状，文章总结了在大型机加件零件模线样板设计过程中常见的几种问题，分别针对各个问题提出了有效地解决方法。

1 大型机加件样板取制位置问题

对于一些大型机加类零件，如整体式壁板、墙、肋、梁类零件的外形样板取制一直是难题，这类样板需要表达的信息很多，样板取制的位置经常无法满足零件车间生产的要求，现提出“非腹板高筋条取制原则”。示例零件如图1，图2，图3。

整体式壁板如上图所示，样板应取的位置如下图所示。

采用此方法零件的所有的信息都可以一目了然，可以有效减少样板返修的次数，提高样板的检验准确度。

2 基于CATIA V5系统框类零件外形样板取制方法

框类零件是飞机的主要承力构件，框的外缘及飞机的理论外缘，结构变化较复杂，在设计样板时，外形样板应取在零件的最高处，但是零件的边缘和筋条等几何信息没有完全达到样板所取的平面的位置，如何把这些几何信息准确的表达在样板上，下面提出了几种解决方案。

（1）曲面“曲率化”延长相交法。将最高的筋条面作为样板平面，将框的内外缘曲面以“曲率”的方式外延（如图4），与样板所在平面相交线即为外形样板的外形线（如图5）。

（2）毛坯初定义法。框类零件在最后生成最终实体前，都要经过一个初始状态，定义为“毛坯”状态，在CATIA V5结构树上将这个状态“定义为工作对象”，在此状态下把零件的边界提取出来即为外形样板的外形线，如图6，图7所示。

用CATIA的提取命令 ，直接提取零件的边缘线即为外形样板的外形线。

（3）自定义拟合曲面相交法。当零件的边缘为不规则图形时，无法以曲率方式外延，得不到外形线，就需要自己拟合一个曲面，具体操作步骤如下：

第一步：边界线平面的选取

做一个介于样板使用平面与腹板平面之间的平面，此平面应尽量靠近样板使用平面，保证交线为规则曲线，且与所有缘条和筋条都相交，定义为平面1。

第二步：做平面与内外缘曲面的交线

用平面1与内缘曲面相交得到一曲线，定义为曲线1。

第三步：做拟合曲面

提取腹板面曲线，与曲线1拟合曲面。

第四步：以曲率方式外延与样板使用平面相交即为外形线，如图8所示。

3 基于CATIA V5系统墙类零件的外形样板取制方法

墙类零件为飞机的特大型承力构件，尺寸都在3米以上，腹板面上开口较多，多为飞机控制系统通道，并且多筋条多转角。对于直径大于10的开口区域，多为数控中心数铣成型，样板只起到检验作用。现行的样板一般为中心孔，在实际应用过程中并不好用，这种孔无法检验到零件的边缘，对于这类孔，样板应根据实际情况给出孔径大小。

4 结束语

文章总结了复杂机加类零件模线样板的取制方法和基于CATIA V5系统框类零件样板取制方法，解决了以前此类样板取制方法不规范的问题，从根本上解决了样板反复返修的问题，从根本上杜绝了因取制方法造成样板报废的情况，提高了样板的精度，从而保证了零件的精度。