將計算機輔助設計與制造應用于飛機鈑金加工肤叼，促進了航空制造業(yè)的快速發(fā)展酗宋。從鈑金零件的設計與展開，坯料排樣品姓、數(shù)控指令編寫等三個方面分析CAD/CAM技術在飛機鈑金零件設計與制造過程中的應用寝并。

　　在航空產(chǎn)業(yè)中，鈑金零件是組成現(xiàn)代飛機機體的主要部分腹备，占飛機零件總數(shù)目的70%衬潦，制造工作量約占整架飛機勞動量的15%，并有品種多數(shù)目少植酥，結構復雜镀岛、外廓尺寸大、剛性小等特點友驮，直接影響飛機整機質量和生產(chǎn)周期漂羊。伴隨航空制造水平的進步，現(xiàn)代加工方法及設備的不斷涌現(xiàn)卸留，飛機鈑金零件加工的概念走越、方法和手段也在發(fā)生深刻的變化。將計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)運用于飛機鈑金加工已成為航空企業(yè)加快產(chǎn)品開發(fā)耻瑟，進步產(chǎn)品質量的有力措施旨指。

　　計算機輔助設計和計算機輔助制造，簡稱CAD/CAM溃墨，是指以計算機為主要技術手段來天生和運用各種數(shù)字信息抽雇，以進行產(chǎn)品設計和制造希镶。用計算機輔助設計制造飛機鈑金零件，從零件的設計開始亏铭，經(jīng)過展開窒埃、排樣诺订，到剪切闰纪、沖壓、折彎马榆，其中最主要的是制件的設計展開以及數(shù)控指令編制畴瓜。

　　1計算機輔助鈑金零件設計與展開

　　飛機鈑金零件一般可分為三類:平板類，即一般的平面沖裁件;彎曲類弓即板料彎曲或彎曲加工成形構成的零件;成形類庞吆，即板料由拉伸等成形方法加工而成的規(guī)則曲面類或自由曲面類零件轨充。對于各種規(guī)則外形或復雜飛機鈑金零件的設計、展開弄察，可劃分為基于模型的方法和造型方法兩種方法蜂筹。

　　傳統(tǒng)的鈑金零件下料方法有作圖法和計算法兩類，作圖展開的基本方法有平行線法芦倒、放射線法艺挪、三角線法等;計算法是用解析計算代替作圖法中的放樣和作圖過程，計算出展開圖中特征點的坐標兵扬、線段長度麻裳，再由計算結果繪制出圖形。用計算機來完成這些計算機來完成這些計算工作就是最基本的急于模型的鈑金零件CAD方法器钟。對于常用的接頭津坑、門板類鈑金件，基于模型的鈑金件設計展開方法構造模型時需要一定的工作量傲霸，使用時十分可靠疆瑰、高效。

　　針對現(xiàn)金飛機鈑金零件特點而提出來的幾何造型方法有2D鈑金件的幾何造型和3D鈑金件的幾何造型昙啄。前者包括編碼法穆役、面素拼正當和交互尺寸輸人法等;后者原有彎曲交換拼正當、體素拼正當?shù)确椒ǜ啤８鞣NCAD/CAM系統(tǒng)的造型功能和方式不盡相同踪觉，簡單的造型方法只用規(guī)則的面、體造型;復雜的造型方法具有高級的曲面造型和實體造型功能载呢，如零件設計應用全參數(shù)化及基于特征造型的技術撕第，提供如掃描、提拉取蓝、肋板抓深、螺旋掀尊、切割等功能，飯奔設計可自動折彎工藝孔斟记、自動展開和回折玩猿。

　　1.1拼合造型操縱方法

　　利用薄片立方體、空心圓柱體等基本體元盈械，逐形體生長成制件幾何模型魄恭，是鈑金件造型的基本方法。拼合造型方法所用的元素可以是無厚度的面元素案贩，也可以是有厚度的體元素揣褂。很多鈑金件都由等厚度的板料制成，這就有可能在造型過程中使用無厚度的面塊攒庵，構造出鈑金零件的基本結構后再指定長出厚度的方向嘴纺，生長出制件，這種先設計出無厚度的結構框架再生長出有厚度的制件的方法也適用于覆蓋件等復雜鈑金零件浓冒。

　　1.2特征造型操縱方法

　　特征是產(chǎn)品描述信息的集合栽渴，它不僅具有按一定拓撲關系組成的特定外形，而且反映特定的工程語義稳懒，適宜在設計闲擦、分析和制造中使用。特征可以分為:外形特征僚祷、精度特征佛致、材料特征等，其中外形特征是關鍵辙谜，是其他特征的載體或基體俺榆，也是實現(xiàn)參數(shù)化特征造型的核心，它可以定義一定工程意義的幾何形體或實體装哆。飛機鈑金零件都可以分解成一個或多個外形特征罐脊，從特征構型的角度來看，鈑金件是由一系列特征構成昆秩，它們之間的相互聯(lián)系便構成一個完整的零件萎雁。根據(jù)鈑金件特點，可以回納出如下主要特征:平面特征聂帜，構成零件的平面外形您眉，是零件的基本部分，是連接彎曲的部分涡趟，也是局部成形和沖孔的母體;彎曲特征林皇，是由彎曲加工工序產(chǎn)生的外形，最簡單的彎曲特征是由圓柱面表示的彎曲區(qū);孔特征呼泪，作為一般子特征而依附于其他特征妓付，如在平面或彎曲特征上沖孔;局部成形特征憔吉，由局部成形工序在沖壓件上產(chǎn)生的外形，通常外形和特征參數(shù)類型固定滚胎，數(shù)值變化肿讽，因此可以用參數(shù)來表達。

　　1.3展開操縱方法

　　飛機鈑金零件展開方法的基本原理是在設計過程中田搏，紀錄下各面塊與其相連面塊之間的拓撲關系找田，以此為依據(jù)進行展開。功能較簡單的系統(tǒng)可以先指定一個基準面径密，再逐個指定待展開的面午阵，一步步展開整個鈑金零件躺孝。高級的CAD/CAM系統(tǒng)可以一次操縱展開多個表面享扔。

　　2計算機輔助坯料排樣

　　飛機鈑金零件的生產(chǎn)本錢主要包括材料費、設計費和模具費等植袍，其中材料費占很大的比例惧眠，計算機輔助排樣系統(tǒng)是降低材料用度的重要途徑。

　　目標函數(shù)優(yōu)化排樣法是現(xiàn)金航空鈑金應用范圍比較廣泛的一種排樣方法于个。其基本原理是以同類坯料塊復制時的參數(shù)△x(X方向平移△x)氛魁、△y(Y方向平移△y)、△φ(旋轉△φ)為變量厅篓，再根據(jù)參加排樣的坯料塊類型秀存、輪廓外形和數(shù)目關系等得到函數(shù)關系式，構造一定的目標函數(shù)羽氮。圍繞目標函數(shù)按一定的算法進行迭代或链，當目標函數(shù)達到設定的精度目標時，即停止舀美，按停止迭代時的參數(shù)進行排樣嚎衡。為了進步工作效率，可以限定部分參數(shù)的變動范圍玉桅。

　　當參加排樣的坯料塊類型多漓荞，對各類坯料塊復制的參數(shù)△x、△y和△φ都不加限制時掷锻，排樣效果將大為降低拟卢。這時可以做一些排樣預備工作，如判定參加排樣的坯料塊的幾何屬性;或在搜索△x蔑来、△y和△φ的過程中包容坯料塊绞甥，但是線條較簡單、較少的封閉輪廓來代替原來的坯料輪廓奔沐。

　　不同的排樣系統(tǒng)的具體功能操縱可能不同少煮，基本內容包括:

　　(1)選擇板料蜕逾，從板材庫中選取供排樣的板料，包括標準規(guī)格的板料及以前用過一部分的剩余板料竿丙。(2)指定坯料塊挑庶，從鈑金零件展開后建立的坯料塊庫中指定要參加排樣的坯料塊種類和各類要復制的塊數(shù)。(3)優(yōu)化排樣软能，在選定的板材上就指定的板料塊及其數(shù)目排樣迎捺。這一級菜單可以選擇分支項，如單排查排、對頭雙排凳枝、混合套排、人們交互排樣等跋核。(4)排樣編輯岖瑰，對參加排樣的坯料塊進行預處理或對排樣結果進行干涉檢查、手工調整砂代，必要時決定重新排樣蹋订。(5)排樣結果輸出，包括輸出排樣結果圖及相應的數(shù)據(jù)丈件刻伊、材料利用率露戒、下料計劃報表。

　　3數(shù)控指令編制

　　數(shù)控編程是目前CAD/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一捶箱，在實現(xiàn)設計加工自動化趋肖、進步加工精度和加工質量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用相脱。數(shù)控編程是從零件圖樣到獲得數(shù)控加工程序的全過程乍询。其主要任務是計算加工走刀點(cutterlocationpoint，簡稱CL點)以及決定走刀順序典患、確定工藝參數(shù)等工藝路線設計泳嵌，針對數(shù)控系統(tǒng)的具體格式編制數(shù)控指令文件，對數(shù)控指令文件的運動方針等內容猾灰。在復雜形體鈑金件的CADICAM中膊抄，工藝設計工作也往往非常復雜，可以由專門的CAP系統(tǒng)完成萌小。

　　鈑金零件下料過程中膛逞，加工對象是平面的板料，采用切割狱心、剪切蟹幔、沖壓等方法，工藝設計工作比較簡單，可以包含在數(shù)控編程系統(tǒng)中惨奕。在切割雪位、剪切、沖壓三者種梨撞，數(shù)控沖壓指令文件最為復雜雹洗，下面以數(shù)控沖壓為例介紹鈑金制件的數(shù)控編程。

　　3.1數(shù)控沖壓指令編制中的設計信息輸進

　　鈑金件設計卧波、展開时肿、排樣后可以提供圖形、數(shù)據(jù)文件等輸出港粱，圖形上可以有尺寸標注螃成。最簡單的數(shù)控指令編制的方法是手工編制，由人工閱讀查坪、分析圖形和數(shù)據(jù)寸宏。

　　鈑金制件沖壓加工一般只涉及平面圖形信息的處理，采用基于點咪惠、線的數(shù)控刀具軌跡天生方法击吱，可以直接以可視化方式對圖形進行編程操縱。用光標指定間隔光標位置最近的圖素馁胁，由計算機確認該圖素的幾何信息。

　　3.2數(shù)控沖壓指令編制中的工藝設計

　　數(shù)控沖壓時的工藝設計的基本內容主要包括:選擇沖模萍卑，確定各圖素的沖壓順序六主，確定步?jīng)_時的步距量和板料移動速度，設置夾爪位置等爬韧。同樣外形篱掌、尺寸的輪廓可能依操縱者習慣采用不同的沖壓方式，如對大孔奏喜、槽的沖壓耿窍，可以采用面積小的沖模，只沖出孔效益，槽的輪廓较搔，然后移開沖模，暫停機床缔道，人工取走孔中的余料屈淫，再繼續(xù)加工;也可以選用面積大的沖模，不僅沖出孔享甸、槽輪廓截碴，而且將內部的材料全部沖壓成碎片。這種方式的選擇方式可以放到編程過程中選擇不同的菜單分支來處理;功能較全的CAD系統(tǒng)中蛉威，可以有沖碎和不沖碎兩種指令方式日丹。

　　3.3數(shù)控沖壓指令編制

　　計算機輔助編程就是用計算機完成原來由手工完成的那些與編程有關的工作走哺。在鈑金沖壓指令編寫過程中，最基本的操縱只要指定沖模哲虾、指定待編程的圖素割坠，然后就可以由編程系統(tǒng)自動編制出數(shù)控指令文件。

　　對功能較強的指令系統(tǒng)妒牙，編程操縱還包括是否選用成組沖壓指令彼哼，是否調用子程序功能等。

　　3.4數(shù)控沖壓指令的優(yōu)化和仿真

　　編制出數(shù)控指令文件后湘今，還需要進行后置處理敢朱，基本的后置處理操縱是優(yōu)化和仿真。

　　沖壓指令的優(yōu)化通常包括沖模優(yōu)化和軌跡優(yōu)化兩部分摩瞎。沖模優(yōu)化的目的是將同一沖模完成的沖壓指令集合到一起拴签，以減少加工過程中的模具轉換;二是q對不同類型的沖模排列順序，通常面積較小的沖模在前磕糙，面積較大的沖模在后劫陌。軌跡優(yōu)化主要是為了減少沖壓過程中的空行程長度【溃　　

　　仿真功能一般可以顯示沖壓指令文件的執(zhí)行過程碱框，檢查沖壓指令是否公道、沖模運動時是否可能與夾爪發(fā)生干涉等爱茫。還可以由沖壓指令文件逆向轉換為圖形册灾，將其與編程前的圖形相比較，分析兩個圖形的一致性慰沸，從而判定沖壓指令文件的正確性拷拗。

　　4結束語

　　CAD/CAM技術具有高智力、知識密集磷像、更新速度快涩霞，綜合性強、效益高等特點邦匆。CAD/CAM技術應用于飛機鈑金零件的設計與制造睦绍，深刻地改變了各航空企業(yè)能夠借以設計和制造鈑金零件的常規(guī)方法，影響到企業(yè)的治理和市場競爭力痢士。因此彪薛，任何航空企業(yè)要想保持發(fā)展上風，就必須在包括鈑金零件的產(chǎn)品設計和制造過程中努力研究怠蹂、開發(fā)或使用CAD/CAM技術善延。

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