飛機鈑金零件二維展開視圖自動標注彎邊角度系統(tǒng)

沈陽航空航天大學 劉寶明 韓志仁

我國航空鈑金零件大多用法國Dassault公司的CATIA建模，CATIA提供的航空鈑金模塊雖然專門針對航空零件，但生成鈑金件二維展開視圖時不能生成彎邊角度線，也不能進行彎邊角度值的標注。因此長期以來都是采用手工的方法，即必須手動在三維模型上確定各切面位置，切取大量的切面后分析角度。生成二維展開視圖時，須將切面位置測量到二維視圖上，按三維空間分析得出的角度值在相應的切面位置標注彎邊角度值。特別是0°角的位置需經(jīng)多次試切才能找到，浪費大量時間，同時0°位置可能是近似的。

針對這一現(xiàn)狀，本課題組開發(fā)了基于CATIA環(huán)境下的飛機鈑金件二維展開視圖自動標注彎邊角度系統(tǒng)，主要用于機身與機尾翼零件的二維展開，能夠?qū)崿F(xiàn)生成二維展開視圖后按規(guī)定的間隔(如30'或1°)直接生成各彎邊角度值位置點及角度值標記，自動標出0°角位置，并在零件邊緣標注角度值。本軟件系統(tǒng)采用CAA(Component Application Architecture)進行CATIA的二次開發(fā)，使軟件內(nèi)嵌于CATIA V5平臺，與CATIA實現(xiàn)無縫結(jié)合。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 生成角度線的規(guī)則

不同類型的零件需要采用不同的算法，因此有必要對零件分類，按照不同的規(guī)則生成彎邊角度線。對于雙曲面的機身零件采用割線斜角，對于直母線的機尾翼中，采用切線斜角，如圖1所示。

圖1 彎邊角度示意圖Fig.1 Diagram of curve edge angle

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及各功能模塊

系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計方法，每一模塊具有獨立的功能，且又組成一個有機的整體，方便系統(tǒng)優(yōu)化與完善，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2.1 幾何信息拾取及預處理

此模塊根據(jù)CATIA的拾取及CAA的交互功能，主要完成系統(tǒng)計算所需的幾何信息的拾取及預處理，按所處理的零件類型，分別從原始零件圖中拾取計算所需幾何元素，如腹板、彎邊內(nèi)(外)型面和各表面的外延線，以及彎邊外型面的頂點等。在此模塊中利用函數(shù)完成提取表面的外插延伸，求其交線，即內(nèi)(外)型交叉線，并分別存儲。

1.2.2 彎邊角度計算

彎邊角度計算模塊主要完成如下功能。

(1)根據(jù)用戶輸入的截面?zhèn)€數(shù)將內(nèi)(外)型交叉線離散，并生成曲線的法平面，對零件進行切分。

(2)求出截面與腹板面和彎邊面的交線，進而根據(jù)交線及彎曲角生成規(guī)則求出彎曲角。

(3)根據(jù)用戶輸入的間隔角度大小及允許角度誤差參數(shù)，對求出的各截面處的彎曲角進行排序篩選，去除多余的角度值，只保留必須的數(shù)據(jù)。同時刪除多余角度位置對應的截面線。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 System structure

1.2.3 鈑金件二維展開圖繪制

二維展開視圖的繪制采用CATIA鈑金模塊的展開命令展開原始鈑金件，再投影到二維圖紙空間中完成。由于直接將展開的鈑金件投影生成的視圖會出現(xiàn)多余線條，并且無法得到所需的角度線，故此模塊采用投影曲面的方法，實現(xiàn)步驟如下。

(1)展開原始鈑金件。

(2)由程序提取展開后零件的外表面，并在角度線位置根據(jù)保留的截面線拉伸為投影輔助平面。

(3)建立新的Part文件并將所有輔助面拷貝至該Part文件中。

(4)建立CATDrawing文件，將新建的Part文件內(nèi)的輔助面做正投影，生成二維視圖。

(5)在角度線位置標注角度值。

2 VC++環(huán)境下交互式工程的建立

CAA下CATIA的二次開發(fā)有2種模式，即交互式和批處理[1-2]。采用批處理式的開發(fā)方法不需要啟動CATIA軟件，直接將零件數(shù)模讀入內(nèi)存進行處理，由于本系統(tǒng)需要與用戶進行交互得到數(shù)模中指定的幾何元素，故此方法并不適用，應采用交互式開發(fā)方法。

下面以Visual Studio.net 2003環(huán)境下對CATIA V5R16進行二次開發(fā)為例，介紹建立開發(fā)工程的關(guān)鍵步驟。

2.1 建立Addin工程

建立新的CAA工程后，添加新組件，在可用C++接口列表中選擇CATIPrtWksAddin，系統(tǒng)會自動建立新的Addin類，并生成該類的頭文件(*.h)與實現(xiàn)文件(*.cpp)，當用戶啟動CATIA軟件，打開Part零件時會調(diào)用該類的特定函數(shù)，完成初始化過程。

2.2 建立功能菜單及工具條

用戶使用本系統(tǒng)對零件數(shù)模進行處理時，應根據(jù)需要完成的內(nèi)容選擇相應的菜單或工具條中的按鈕，菜單與工具條的初始化是在上述生成的文件中完成的。實現(xiàn)方法如下。

(1)重載CreateCommands()函數(shù)，并在該函數(shù)中注冊新的命令，如下語句在系統(tǒng)中注冊了CalAngCmdHdr命令。

new C A T A u t o D r a w A n g W k b C m d H e a d e r("CalAngCmdHdr", "AutoDrawAngModule",

"CalAngCmd", (void*) NULL);

(2)重載CreateToolbars()函數(shù)，并在該函數(shù)中添加菜單項和工具條，代碼如下：

//創(chuàng)建新工具條

NewAccess(CATCmdContainer,pAutoDrwAng,"自動標注角度");

//添加第一菜單項

NewAccess(CATCmdStarter,pPickMsg,PICKMSG);

SetAccessCommand(pPickMsg," PickMsgHdr");

SetAccessChild(pAutoDrwAng, pPickMsg);

//添加第二菜單項

NewAccess(CATCmdStarter,pCalAng,CALANG);

SetAccessCommand(pCalAng,"CalAngHdr");

SetAccessNext(pPickMsg, pCalAng);

……

//創(chuàng)建新菜單

NewAccess(CATCmdContainer,pMenu,CATUserMainb ar);

NewAccess(CATCmdContainer,pCATUserMainMenu,自動標注角度);

SetAccessChild(pCurveM,pCATUserMainMenu);

……

SetAddinMenu(pAutoDrwAng, pMenu);//添加系統(tǒng)菜單

AddToolbarView(pAutoDrwAng,1,Right);//添加系統(tǒng)工具條

3 標注實例

圖3為飛機彎邊零件的三維數(shù)模，包括4個彎邊，分別為直彎邊和曲彎邊，使用本軟件處理后得到的二維標注視圖如圖4所示。

圖3 零件三維數(shù)模Fig.3 Parts 3D digital model

圖4 展開后的標注視圖Fig.4 Flat pattern dimensional view

4 結(jié)論

本文提供了一個飛機鈑金件二維展開視圖自動標注彎邊角度系統(tǒng)，能夠?qū)C身、機尾翼等各種復雜零件的彎邊二維展開圖自動生成角度線位置，并按預定規(guī)則進行角度值的標注。處理結(jié)果滿足企業(yè)要求，實現(xiàn)了零件處理的自動化，從而縮短了飛機生產(chǎn)準備周期。

[1] 張敏,蘇蘭海,王君英.基于CAA的CATIA用戶自定義特征創(chuàng)建.機械設(shè)計與制造, 2008(9)：87-89．

[2] 龍峰,樊留群.CATIA V5二次開發(fā)技術(shù)探討.淮陰工學院學報 ,2005,14(5)：21-27.