加强框和梁类零件catia建模方法研究

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1、加强框和梁类零件CATIA建模方法研究　　现代飞机机身的加强框、梁等主承力构件，一般都采用模锻件机加制造，属于比较难以加工的非常重要的大型零件。加强框的外形多为环形或双环形，梁的外形多为沿机身纵向的直线形，加强框和梁上一般都布置有承受集中载荷的耳片接头。为提高结构效率，框、梁的剖面多为工字形。在工程上，一般将上、下翼缘分别称为外缘条和内缘条，中间的平板称为腹板，腹板上每隔一定距离而设置的用于提高腹板临界剪切应力的立柱称为筋条。框、梁的缘条与外侧蒙皮搭接的宽度称为缘条宽度，内、外缘条高度方向的厚度尺寸一般称为缘条厚度。　　为了满足重量、强度和结构布局等一系

2、列要求，框、梁构件内、外缘条的宽度、厚度以及缘条与腹板的夹角都是随截面变化而变化的。其设计难点是:(1)缘条变宽度;(2)缘条变厚度;(3)缘条与腹板变角度。　　传统加强框、梁类零件是依据模线样板制造的，而现在是利用数字化模型数控加工完成的。在利用CATIA软件进行数字化定义时，设计师们发现，由于框、梁处的机身理论外缘的曲率变化不规则，并且框、梁零件的缘条的宽度、厚度和角度相互关联，因此难以准确地实现缘条厚度、宽度尺寸的线性、均匀变化。所以说，在过去的很长一段时间内，如何准确合理定义加强框、梁的数字化模型已成为困扰结构设计师的主要问题。　　1建模原理与方

3、法　　典型加强框、梁类零件的典型剖面形状如图1所示。　　图1加强框、梁类零件的典型剖面　　　　笔者通过长期对加强框、梁类零件CATIA建模方法的研究，探索并掌握了许多建模技巧，基本解决了此类零件的建模问题。下面分别阐述此类零件的缘条宽度、缘条厚度和缘条角度的建模原理和方法。　　1.1缘条宽度　　由于框、梁类零件的所有缘条厚度都是根据缘条的边缘确定的，因此必须首先准确定义缘条的宽度。在建模时，采用在每2个缘条宽度变化的区间使用多截面实体，其方法和步骤如下:首先分别在每个宽度变化分界面上建立各自截面的草图，草图中约束缘条的宽度值。在多截面实体栏中定义闭合点，

4、使2个截面的法线方向一致，并且使用内、外缘条的2条导引线控制其宽度均匀、线性变化，图2所示的是使用多截面实体定义缘条宽度的会话框。　　c.按确定后，生成的缘条宽度既符合宽度的线性变化趋势，又符合设计要求，而且便于数控加工。　　图3所示的是使用多截面实体定义缘条宽度的建模过程。　　1.2缘条厚度　　某段加强框的图形和尺寸如图4所示，缘条的厚度尺寸一般控制在筋条处。理论上，在缘条厚度从9变化到16的区域，应保证其厚度大于9小于16，并且均匀、线性变化，光滑过渡。在以往的数字化定义过程中，确定缘条厚度的矛盾非常突出，曾先后使用了样条线、样条线十控制点、不等距偏

5、移线等方法进行建模。数字化制造时发现缘条厚度过渡不均匀，部分区域出现波浪性的反复变化，而且有些零件截面的厚度过小，甚至造成强度不够的严重后果，致使零件报废。　　为了解决缘条厚度的问题，笔者创新地联合使用了法则(law)、样条线(Spline)和平行曲线(Patellel)等工具精确定义出了均匀变化、曲率连续的缘条厚度，其方法和步骤如下:　　a.根据加强框或梁的缘条厚度变化情况，建立以直线为基准的缘条厚度的Spline线，每段直线段的长度与两筋条间的框缘条长度一一对应，Spline线与基准直线在控制点处的距离与缘条厚度一一对应。图5所示的是基准直线与Spl

6、ine线的对应关系。　　注意:在建立Spline线时，切记在样条线的显示参数栏里定义印line线的切线方向、张度和曲率方向。切线方向定义为基准直线的方向;张度值选0.1，张度值表示样条线在控制点处的切线值，它足够小，可以保证Spline线在每个控制点左、右非常小的区域内完成尖点的圆滑过渡，而基本不影响2个控制点之间缘条厚度的线性变化;曲率方向也定义为基准直线的方向。　　b.在上述基准直线和Spline线之间定义一个法则。　　使用平行曲线，曲线选框的理论内缘或理论外缘，常量选上述定义的法则曲线，平移出所需要的线性变化、光滑过渡的缘条厚度曲线。　　d.使用草

7、图工具的投影三维元素和修剪将平行曲线中的线条投影至草图并根据某段框或梁的结构形式修剪为需要的长度，作出内、外缘厚度正确的封闭草图。　　e.使用凹槽等方法去除多余材料，抠出工字形的加强框缘条的形状。　　图6所示的是去除多余材料后的工字形框缘条形状。12下一页——..，。　　1.3缘条角度　　为了保证每一截面的缘条厚度基本一致，缘条和腹板的夹角是变化的。一般情况下角度变化是以筋条分界，如筋条左侧是900，筋条右侧是9100为了分隔2个不同的曲面，以往建模时将该处筋条设计成一与缘条同高，即满筋结构。但这种结构形式既改变了设计的初衷，又毫无必要地增加了零件的质量

8、。　　本次建模采用满筋结构来分隔2个缘条与腹板夹角不同的区域，然后再去除多余部分