CN103008497B - 一种框肋类钣金件复杂弯边展开方法 - Google Patents

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B_i，i＝1,2,…S与T个下陷区J_k，k＝1,2,…T；

步骤2：弯曲区B_i与腹板面W的过渡线为长度为将B_i划分为圆角面及凸缘面分别进行离散分段、展开值计算、展开点拟合，并对边界不平齐的弯曲区B₁及B_S进行端头处理，得B_i的展开轮廓线步骤为：

步骤a：对按间距0.1mm进行等距离散为点q＝1,2,…M，点数过任一离散点作其所在曲线的法平面且与圆角面的交线为圆弧线段弯曲半径为弯曲角度为与凸缘面的交线为变曲率曲线段长度为与合并为交线

步骤b：计算各点处的展开长度并偏移，得展开点及展开线过程如下：计算的展开长度式中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；

计算的展开长度以为起点，以点在上指向弯边的切矢为偏移方向，偏移距离得到的展开点将展开点用样条线拟合，得到的展开线

步骤c：对复杂弯边F的两个端头所在弯曲区B₁或B_S进行处理，

将弯曲区B₁被所截形成区域若则弯曲区B₁端头平齐，展开线完全反映了弯曲区B₁的展开轮廓，无需处理；若则须对B₁上处于之外的边缘区域进行展开。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q＝1,2,…Z，离散时以为起点，点数作所在曲线的法平面法平面与作相交线其长度为连结步骤b得到的点与得线段对等距离散为点数为Z的点离散时亦以为起点；

步骤ii：以曲线所在平面为以为起点，以指向边缘区域的法线方向为偏移方向，偏移得到偏置点用样条线拟合偏置点得边界线的展开线

步骤iii：对于弯曲区B_S的边缘区域参照的处理方法得到边界线的展开线

步骤3：下陷区J_k，k＝1,2,…T与腹板W的过渡线是长度为找到上两特征点作圆弧，两圆弧的公切线即为J_k的展开轮廓步骤为：上与相邻弯曲区的过渡点参照步骤2的方法得到的展开点连结两点得线段长度为取上与距离为的点若则为的另一端点，其中为J_k的下陷深度，参照步骤2的方法得到的展开点连结两点得线段其长度为分别以为圆心，以为半径，作圆弧 作两圆弧公切线得到下陷区J_k的展开线

步骤4：将弯边F里的S个弯曲区及不平齐端头的展开线与T个下陷区的展开线接合，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的过渡线是长度将B₁划分为圆角面及凸缘面分别进行离散分段、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的展开轮廓线与步骤为：

步骤a：对按间距0.1mm进行等距离散为点数为的点q＝1,2,…M。对离散点过此点作其所在曲线的法平面与圆角面的交线为圆弧线段弯曲半径弯曲角度为 与凸缘面的交线为变曲率曲线段长度为 与合并为交线

步骤b：计算的展开长度式中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；

计算的展开长度 $d_{C_{11}^B}=d_{{\mathrm{RC}}_{11}^B}+d_{{\mathrm{HC}}_{11}^B}=8.19+5.55=13.74\mathrm{mm},$ 以为起点，以点在上指向弯边的切矢为偏移方向，偏移距离得到的展开点

依照的处理方法计算q＝2,…M各点处的展开长度并偏移，得展开点q＝2,…1624，将展开点用样条线拟合，得到的展开线

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被所截形成区域且（如图4所示），故须对B₁上处于之外的边缘区域进行展开。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q＝1,2,…Z，离散时以为起点，点数作所在曲线的法平面法平面与作相交线其长度为连结步骤b得到的点与得线段对等距离散为点数为Z的点离散时亦以为起点。

步骤ii：曲线所在平面为以为起点，以指向边缘区域的法线方向为偏移方向，偏移得到偏置点（如图5所示），用样条线拟合偏置点q＝1,2,…Z得边界线的展开线

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（如图6所示）。

4.下陷区J₁与腹板W的过渡线是长度为找到上两特征点作圆弧，两圆弧的公切线即为J₁的展开轮廓（如图7所示），步骤为：上与相邻弯曲区的过渡点、也即的一个端点是参照步骤2的方法得到的展开点连结两点得线段长度J₁的下陷深度 故为的另一端点，参照步骤2的方法得到的展开点连结两点得线段其长度分别以为圆心，以为半径，作圆弧作两圆弧公切线得到下陷区J₁的展开线

5.将弯边F里弯曲区B₁、B₂及不平齐端头区域的展开线与下陷区J₁的展开线接合，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B_i，i＝1,2,…S与T个下陷区J_k，k＝1,2,…T；

步骤2：弯曲区B_i与腹板面W的过渡线为长度为将B_i划分为圆角面及凸缘面分别进行离散分段、展开值计算、展开点拟合，并对边界不平齐的弯曲区B₁及B_S进行端头处理，得B_i的展开轮廓线步骤为：

步骤a：对按间距0.1mm进行等距离散为点q＝1,2,…M，点数过任一离散点作其所在曲线的法平面且与圆角面的交线为圆弧线段弯曲半径为弯曲角度为与凸缘面的交线为变曲率曲线段长度为与合并为交线

步骤b：计算各点处的展开长度并偏移，得展开点及展开线过程如下：计算的展开长度式中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；

计算的展开长度以为起点，以点在上指向弯边的切矢为偏移方向，偏移距离得到的展开点将展开点用样条线拟合，得到的展开线

步骤c：对复杂弯边F的两个端头所在弯曲区B₁或B_S进行处理，

将弯曲区B₁被所截形成区域若则弯曲区B₁端头平齐，展开线完全反映了弯曲区B₁的展开轮廓，无需处理；若则须对B₁上处于之外的边缘区域进行展开；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q＝1,2,…Z，离散时以为起点，点数作所在曲线的法平面法平面与作相交线其长度为连结步骤b得到的点与得线段对等距离散为点数为Z的点离散时亦以为起点；

步骤ii：以曲线所在平面为以为起点，以指向边缘区域的法线方向为偏移方向，偏移得到偏置点用样条线拟合偏置点得边界线的展开线

步骤iii：对于弯曲区B_S的边缘区域参照的处理方法得到边界线的展开线

步骤3：下陷区J_k，k＝1,2,…T与腹板W的过渡线是长度为找到上两特征点作圆弧，两圆弧的公切线即为J_k的展开轮廓步骤为：

上与相邻弯曲区的过渡点参照步骤2的方法得到的展开点连结两点得线段长度为取上与距离为的点若 $d_{L_k^J}<15h_k^J,$ 则为的另一端点，其中为J_k的下陷深度，参照步骤2的方法得到的展开点连结两点得线段其长度为分别以为圆心，以为半径，作圆弧 作两圆弧公切线得到下陷区J_k的展开线

步骤4：将弯边F里的S个弯曲区及不平齐端头的展开线与T个下陷区的展开线接合，然后再平滑后形成弯边F的展开轮廓线FL。