CN103008497A - 一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法 - Google Patents

一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法 Download PDF

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CN103008497A
CN103008497A CN2012104377050A CN201210437705A CN103008497A CN 103008497 A CN103008497 A CN 103008497A CN 2012104377050 A CN2012104377050 A CN 2012104377050A CN 201210437705 A CN201210437705 A CN 201210437705A CN 103008497 A CN103008497 A CN 103008497A
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Abstract

本发明涉及一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法，属于飞机制造技术领域。采用数字化制造技术，将框肋类钣金件的弯边分为弯曲区与下陷区，分别对其展开后进行接合、修剪，得到弯边的展开轮廓。以解决带有复杂弯边的框肋类钣金零件的展开的难题。

Description

一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法
一、技术领域
本发明涉及一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法，属于飞机制造技术领域。
二、背景技术
框肋类钣金件是飞机机体骨架中的重要组件，在航空钣金件中占了很大比例，担负着确定飞机外形和承受气动载荷的双重任务，如隔框、翼肋等。框肋类钣金件结构特征体现为腹板、弯边以及各结构要素之间的相互结合，零件腹板是平的或略带曲度，周围有浅的弯边，弯边上经常有下陷，弯边结构是框肋类钣金件中最重要和最复杂的组成部分。零件实例如图1所示。
零件展开问题的实质是零件三维形状向二维平面映射。展开是成形的逆过程，框肋类钣金件的展开是一个十分复杂的问题，主要表现为：弯边多为曲线弯边，由于与蒙皮、长桁等搭接，弯边凸缘区亦有曲度，此外，弯边用于与其他零件进行搭接，其精度要求亦较高。所以，如何进行弯边的展开，是框肋类钣金件展开的关键。
长期以来，框肋零件弯边的展开一直以手工计算或根据经验为主，余量较大，成形后还要将多余处裁剪掉，对于一些复杂框肋零件则由钣金制造车间采用试错法制作展开样板，周期长、效率低，成本高。随着数字化制造技术的应用，传统的展开技术已很难适应现代飞机研制的要求，此外，我国的航空事业日新月异，新型号飞机对零件性能的要求日趋苛刻，由此设计出的零件形状日趋复杂，框肋类钣金件弯边的复杂度亦越来越高，为了缩短设计到制造的周期、提高零件展开的准确性，急需一种适用于复杂弯边的展开方法。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法，将框肋类钣金件的弯边分为弯曲区与下陷区，分别对其展开后进行接合、修剪，得到弯边的展开轮廓。
技术方案
一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对材料厚度为δ的框肋零件，提取与腹板内表面W邻接的弯边内表面F，将F划分为S个弯曲区Bi，i＝1,2,…S与T个下陷区Jk，k＝1,2,…T；
步骤2：弯曲区Bi与腹板面W的过渡线为
Figure BDA00002360167900021
长度为
Figure BDA00002360167900022
将Bi划分为圆角面
Figure BDA00002360167900023
及凸缘面
Figure BDA00002360167900024
分别进行离散分段、展开值计算、展开点拟合，并对边界不平齐的弯曲区B1及BS进行端头处理，得Bi的展开轮廓线
Figure BDA00002360167900025
步骤为：
步骤a：对
Figure BDA00002360167900026
按间距0.1mm进行等距离散为点q＝1,2,…M，点数
Figure BDA00002360167900028
过任一离散点作其所在曲线的法平面
Figure BDA000023601679000211
且
Figure BDA000023601679000212
与圆角面
Figure BDA000023601679000213
的交线为圆弧线段
Figure BDA000023601679000214
弯曲半径为弯曲角度为与凸缘面
Figure BDA000023601679000217
的交线为变曲率曲线段
Figure BDA000023601679000218
长度为
Figure BDA000023601679000219
与
Figure BDA000023601679000220
合并为交线
Figure BDA000023601679000221
步骤b：计算
Figure BDA000023601679000222
各点处的展开长度并偏移，得展开点及展开线
Figure BDA000023601679000224
过程如下：计算
Figure BDA000023601679000225
的展开长度
Figure BDA000023601679000226
式中k为弯曲中性层系数，其值随与δ的变化而浮动，根据《航空制造工程手册之飞机模线样板》进行查找；
计算的展开长度
Figure BDA000023601679000229
以
Figure BDA000023601679000230
为起点，以点
Figure BDA000023601679000231
在
Figure BDA000023601679000232
上指向弯边的切矢为偏移方向，偏移距离
Figure BDA000023601679000234
得到
Figure BDA000023601679000235
的展开点
Figure BDA000023601679000236
将展开点
Figure BDA000023601679000237
用样条线拟合，得到
Figure BDA000023601679000238
的展开线
步骤c：对复杂弯边F的两个端头所在弯曲区B1或BS进行处理，
将弯曲区B1被
Figure BDA00002360167900031
所截形成区域
Figure BDA00002360167900032
若
Figure BDA00002360167900033
则弯曲区B1端头平齐，展开线
Figure BDA00002360167900034
完全反映了弯曲区B1的展开轮廓，无需处理；若
Figure BDA00002360167900035
则须对B1上处于
Figure BDA00002360167900036
之外的边缘区域
Figure BDA00002360167900037
进行展开。
Figure BDA00002360167900038
的展开方法与B1类似，具体步骤为：
步骤i：对
Figure BDA00002360167900039
按间距0.1mm进行等距离散为点
Figure BDA000023601679000310
q＝1,2,…Z，离散时以
Figure BDA000023601679000311
为起点，点数作
Figure BDA000023601679000313
所在曲线
Figure BDA000023601679000314
的法平面
Figure BDA000023601679000315
法平面与
Figure BDA000023601679000317
作相交线
Figure BDA000023601679000318
其长度为
Figure BDA000023601679000319
连结步骤b得到的点
Figure BDA000023601679000320
与
Figure BDA000023601679000321
得线段
Figure BDA000023601679000322
对等距离散为点数为Z的点
Figure BDA000023601679000324
离散时亦以
Figure BDA000023601679000325
为起点；
步骤ii：以曲线
Figure BDA000023601679000326
所在平面为
Figure BDA000023601679000327
以为起点，以
Figure BDA000023601679000329
指向边缘区域
Figure BDA000023601679000330
的法线方向为偏移方向，偏移
Figure BDA000023601679000331
得到偏置点
Figure BDA000023601679000332
用样条线拟合偏置点
Figure BDA000023601679000333
得
Figure BDA000023601679000334
边界线
Figure BDA000023601679000335
的展开线
Figure BDA000023601679000336
步骤iii：对于弯曲区BS的边缘区域参照
Figure BDA000023601679000338
的处理方法得到
Figure BDA000023601679000339
边界线
Figure BDA000023601679000340
的展开线
Figure BDA000023601679000341
步骤3：下陷区Jk，k＝1,2,…T与腹板W的过渡线是长度为找到
Figure BDA000023601679000344
上两特征点作圆弧，两圆弧的公切线即为Jk的展开轮廓
Figure BDA000023601679000346
步骤为：
Figure BDA000023601679000347
上与相邻弯曲区的过渡点
Figure BDA000023601679000348
参照步骤2的方法得到
Figure BDA000023601679000349
的展开点
Figure BDA000023601679000350
连结两点得线段
Figure BDA000023601679000351
长度为
Figure BDA000023601679000352
取
Figure BDA000023601679000353
上与
Figure BDA000023601679000354
距离为
Figure BDA000023601679000355
的点
Figure BDA000023601679000356
若
Figure BDA000023601679000357
则为
Figure BDA000023601679000359
的另一端点，其中
Figure BDA000023601679000360
为Jk的下陷深度，参照步骤2的方法得到
Figure BDA000023601679000361
的展开点
Figure BDA000023601679000362
连结两点得线段
Figure BDA000023601679000363
其长度为
Figure BDA000023601679000364
分别以为圆心，以
Figure BDA000023601679000366
为半径，作圆弧
Figure BDA000023601679000367
Figure BDA000023601679000368
作两圆弧公切线得到下陷区Jk的展开线
Figure BDA000023601679000369
步骤4：将弯边F里的S个弯曲区及不平齐端头的展开线
Figure BDA000023601679000370
与T个下陷区的展开线
Figure BDA000023601679000371
接合，然后再平滑后形成弯边F的展开轮廓线FL。
有益效果
本发明提出的一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法，采用数字化制造技术，将框肋类钣金件的弯边分为弯曲区与下陷区，分别对其展开后进行接合、修剪，得到弯边的展开轮廓。以解决带有复杂弯边的框肋类钣金零件的展开的难题。
附图说明
图1是飞机框肋类钣金件复杂弯边实例。
图2是零件数模内型面及区域划分。
图3是复杂弯边中弯曲区展开过程。
图4是复杂弯边中弯曲区不平齐端头区域划分。
图5是复杂弯边中弯曲区不平齐端头处理过程。
图6是复杂弯边中全部弯曲区展开结果。
图7是复杂弯边中下陷区展开过程。
图8是复杂弯边展开轮廓线。
具体实施方式
以图1所示的飞机框肋类钣金件复杂弯边为例，该弯边具有变弯边线曲率、变弯曲角度、变弯边高度、边界不平齐的特点。结合附图，说明飞机框肋类钣金件复杂弯边展开方法的具体实施过程如下。
1.此框肋零件材料厚度为δ＝2mm，提取与腹板内表面W邻接的弯边内表面F，F由2个弯曲区B1、B2与1个下陷区J1构成（如图2所示）。
2.弯曲区B1与腹板面W的过渡线是
Figure BDA00002360167900041
长度
Figure BDA00002360167900042
将B1划分为圆角面
Figure BDA00002360167900043
及凸缘面
Figure BDA00002360167900044
分别进行离散分段、展开值计算、展开点拟合（如图3所示），并对边界不平齐的区域进行端头处理，得B1的展开轮廓线与
Figure BDA00002360167900046
步骤为：
步骤a：对按间距0.1mm进行等距离散为点数为
Figure BDA00002360167900052
的点
Figure BDA00002360167900053
q＝1,2,…M。对离散点
Figure BDA00002360167900054
过此点作其所在曲线
Figure BDA00002360167900055
的法平面
Figure BDA00002360167900056
与圆角面
Figure BDA00002360167900057
的交线为圆弧线段
Figure BDA00002360167900058
弯曲半径
Figure BDA00002360167900059
弯曲角度为
Figure BDA000023601679000511
与凸缘面
Figure BDA000023601679000512
的交线为变曲率曲线段
Figure BDA000023601679000513
长度为
Figure BDA000023601679000515
与
Figure BDA000023601679000516
合并为交线
步骤b：计算
Figure BDA000023601679000518
的展开长度
Figure BDA000023601679000519
式中k根据《航空制造工程手册之飞机模线样板》进行查找取0.387；
计算
Figure BDA000023601679000520
的展开长度 d C 11 B = d RC 11 B + d HC 11 B = 8.19 + 5.55 = 13.74 mm , 以
Figure BDA000023601679000522
为起点，以点在
Figure BDA000023601679000524
上指向弯边的切矢
Figure BDA000023601679000525
为偏移方向，偏移距离
Figure BDA000023601679000526
得到
Figure BDA000023601679000527
的展开点
Figure BDA000023601679000528
依照
Figure BDA000023601679000529
的处理方法计算
Figure BDA000023601679000530
q＝2,…M各点处的展开长度并偏移，得展开点
Figure BDA000023601679000531
q＝2,…1624，将展开点
Figure BDA000023601679000532
用样条线拟合，得到
Figure BDA000023601679000533
的展开线
Figure BDA000023601679000534
步骤c：对复杂弯边F的端头所在弯曲区B1进行处理：
弯曲区B1被
Figure BDA000023601679000535
所截形成区域
Figure BDA000023601679000536
且
Figure BDA000023601679000537
（如图4所示），故须对B1上处于之外的边缘区域
Figure BDA000023601679000539
进行展开。
Figure BDA000023601679000540
的展开方法与B1类似，具体步骤为：
步骤i：对按间距0.1mm进行等距离散为点
Figure BDA000023601679000542
q＝1,2,…Z，离散时以为起点，点数
Figure BDA000023601679000544
作
Figure BDA000023601679000545
所在曲线
Figure BDA000023601679000546
的法平面
Figure BDA000023601679000547
法平面
Figure BDA000023601679000548
与
Figure BDA000023601679000549
作相交线
Figure BDA000023601679000550
其长度为
Figure BDA000023601679000551
连结步骤b得到的点
Figure BDA000023601679000552
与
Figure BDA000023601679000553
得线段
Figure BDA000023601679000554
对等距离散为点数为Z的点
Figure BDA000023601679000556
离散时亦以
Figure BDA000023601679000557
为起点。
步骤ii：曲线
Figure BDA000023601679000558
所在平面为
Figure BDA000023601679000559
以
Figure BDA000023601679000560
为起点，以
Figure BDA000023601679000561
指向边缘区域的法线方向为偏移方向，偏移
Figure BDA000023601679000563
得到偏置点
Figure BDA000023601679000564
（如图5所示），用样条线拟合偏置点
Figure BDA000023601679000565
q＝1,2,…Z得
Figure BDA000023601679000566
边界线
Figure BDA000023601679000567
的展开线
Figure BDA000023601679000568
3.对弯曲区B2参照B1的方法进行处理，由于B2边界平齐，故无须端头处理，由此得B2的展开轮廓线
Figure BDA00002360167900061
（如图6所示）。
4.下陷区J1与腹板W的过渡线是
Figure BDA00002360167900062
长度为
Figure BDA00002360167900063
找到
Figure BDA00002360167900064
上两特征点
Figure BDA00002360167900065
作圆弧，两圆弧的公切线即为J1的展开轮廓
Figure BDA00002360167900066
（如图7所示），步骤为：
Figure BDA00002360167900067
上与相邻弯曲区的过渡点、也即
Figure BDA00002360167900068
的一个端点是
Figure BDA00002360167900069
参照步骤2的方法得到
Figure BDA000023601679000610
的展开点连结两点得线段长度
Figure BDA000023601679000613
J1的下陷深度
Figure BDA000023601679000614
故
Figure BDA000023601679000616
为
Figure BDA000023601679000617
的另一端点，参照步骤2的方法得到的展开点
Figure BDA000023601679000619
连结两点得线段
Figure BDA000023601679000620
其长度
Figure BDA000023601679000621
分别以
Figure BDA000023601679000622
为圆心，以
Figure BDA000023601679000623
为半径，作圆弧
Figure BDA000023601679000624
作两圆弧公切线得到下陷区J1的展开线
Figure BDA000023601679000625
5.将弯边F里弯曲区B1、B2及不平齐端头区域
Figure BDA000023601679000626
的展开线
Figure BDA000023601679000627
与下陷区J1的展开线
Figure BDA000023601679000628
接合，然后再平滑后形成弯边F的展开轮廓线FL（如图8所示）。

Claims (1)

1.一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对材料厚度为δ的框肋零件，提取与腹板内表面W邻接的弯边内表面F，将F划分为S个弯曲区Bi，i＝1,2,…S与T个下陷区jk，k＝1,2,…T；
步骤2：弯曲区Bi与腹板面W的过渡线为
Figure FDA00002360167800011
长度为
Figure FDA00002360167800012
将Bi划分为圆角面
Figure FDA00002360167800013
及凸缘面
Figure FDA00002360167800014
分别进行离散分段、展开值计算、展开点拟合，并对边界不平齐的弯曲区B1及BS进行端头处理，得Bi的展开轮廓线
Figure FDA00002360167800015
步骤为：
步骤a：对
Figure FDA00002360167800016
按间距0.1mm进行等距离散为点q＝1,2,…M，点数
Figure FDA00002360167800018
过任一离散点
Figure FDA00002360167800019
作其所在曲线
Figure FDA000023601678000110
的法平面且
Figure FDA000023601678000112
与圆角面
Figure FDA000023601678000113
的交线为圆弧线段
Figure FDA000023601678000114
弯曲半径为
Figure FDA000023601678000115
弯曲角度为
Figure FDA000023601678000116
与凸缘面
Figure FDA000023601678000117
的交线为变曲率曲线段
Figure FDA000023601678000118
长度为
Figure FDA000023601678000119
与
Figure FDA000023601678000120
合并为交线
Figure FDA000023601678000121
步骤b：计算各点处的展开长度并偏移，得展开点及展开线
Figure FDA000023601678000124
过程如下：计算
Figure FDA000023601678000125
的展开长度
Figure FDA000023601678000126
式中k为弯曲中性层系数，其值随
Figure FDA000023601678000127
与δ的变化而浮动，根据《航空制造工程手册之飞机模线样板》进行查找；
计算
Figure FDA000023601678000128
的展开长度
Figure FDA000023601678000129
以
Figure FDA000023601678000130
为起点，以点
Figure FDA000023601678000131
在
Figure FDA000023601678000132
上指向弯边的切矢
Figure FDA000023601678000133
为偏移方向，偏移距离
Figure FDA000023601678000134
得到
Figure FDA000023601678000135
的展开点
Figure FDA000023601678000136
将展开点
Figure FDA000023601678000137
用样条线拟合，得到
Figure FDA000023601678000138
的展开线
步骤c：对复杂弯边F的两个端头所在弯曲区B1或BS进行处理，
将弯曲区B1被
Figure FDA000023601678000140
所截形成区域若
Figure FDA000023601678000142
则弯曲区B1端头平齐，展开线
Figure FDA000023601678000143
完全反映了弯曲区B1的展开轮廓，无需处理；若
Figure FDA000023601678000144
则须对B1上处于
Figure FDA000023601678000145
之外的边缘区域
Figure FDA000023601678000146
进行展开。的展开方法与B1类似，具体步骤为：
步骤i：对
Figure FDA000023601678000148
按间距0.1mm进行等距离散为点
Figure FDA000023601678000149
q＝1,2,…Z，离散时以
Figure FDA000023601678000150
为起点，点数
Figure FDA000023601678000151
作
Figure FDA000023601678000152
所在曲线
Figure FDA000023601678000153
的法平面
Figure FDA000023601678000154
法平面
Figure FDA000023601678000155
与
Figure FDA000023601678000156
作相交线其长度为
Figure FDA00002360167800021
连结步骤b得到的点
Figure FDA00002360167800022
与
Figure FDA00002360167800023
得线段
Figure FDA00002360167800024
对
Figure FDA00002360167800025
等距离散为点数为Z的点
Figure FDA00002360167800026
离散时亦以
Figure FDA00002360167800027
为起点；
步骤ii：以曲线
Figure FDA00002360167800028
所在平面为
Figure FDA00002360167800029
以
Figure FDA000023601678000210
为起点，以
Figure FDA000023601678000211
指向边缘区域
Figure FDA000023601678000212
的法线方向为偏移方向，偏移得到偏置点
Figure FDA000023601678000214
用样条线拟合偏置点
Figure FDA000023601678000215
得边界线
Figure FDA000023601678000217
的展开线
Figure FDA000023601678000218
步骤iii：对于弯曲区BS的边缘区域
Figure FDA000023601678000219
参照
Figure FDA000023601678000220
的处理方法得到
Figure FDA000023601678000221
边界线
Figure FDA000023601678000222
的展开线
Figure FDA000023601678000223
步骤3：下陷区Jk，k＝1,2,…T与腹板W的过渡线是
Figure FDA000023601678000224
长度为找到
Figure FDA000023601678000226
上两特征点
Figure FDA000023601678000227
作圆弧，两圆弧的公切线即为Jk的展开轮廓
Figure FDA000023601678000228
步骤为：
Figure FDA000023601678000229
上与相邻弯曲区的过渡点
Figure FDA000023601678000230
参照步骤2的方法得到的展开点
Figure FDA000023601678000232
连结两点得线段
Figure FDA000023601678000233
长度为
Figure FDA000023601678000234
取上与
Figure FDA000023601678000236
距离为
Figure FDA000023601678000237
的点
Figure FDA000023601678000238
若
Figure FDA000023601678000239
则
Figure FDA000023601678000240
为
Figure FDA000023601678000241
的另一端点，其中
Figure FDA000023601678000242
为Jk的下陷深度，参照步骤2的方法得到的展开点
Figure FDA000023601678000244
连结两点得线段
Figure FDA000023601678000245
其长度为
Figure FDA000023601678000246
分别以
Figure FDA000023601678000247
为圆心，以
Figure FDA000023601678000248
为半径，作圆弧
Figure FDA000023601678000249
Figure FDA000023601678000250
作两圆弧公切线得到下陷区Jk的展开线
Figure FDA000023601678000251
步骤4：将弯边F里的S个弯曲区及不平齐端头的展开线
Figure FDA000023601678000252
与T个下陷区的展开线
Figure FDA000023601678000253
接合，然后再平滑后形成弯边F的展开轮廓线FL。
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