[发明专利]一种基于CATIA的飞机整体壁板的展开建模方法

说明书

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。