CN103197608B - 一种弯扭长桁数模的展开重构方法 - Google Patents

一种弯扭长桁数模的展开重构方法 Download PDF

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一种弯扭长桁设计数模的展开重构方法，在长桁设计数模工作树中新建一个几何体用于建立展开数模，通过建立局部笛卡尔坐标系，逐步转换长桁的基础特征和添加特征，较为准确地将长桁设计数模展开为适用于三坐标数控加工的展开板坯数模，从而达到提高加工效率，降低加工成本，节省原材料以及提高长桁成型性能的效果。

Description

一种弯扭长桁数模的展开重构方法
技术领域
本发明属于飞机数字化制造领域，涉及一种弯扭长桁设计数模向制造数模的转换方法，具体涉及一种弯扭长桁数模的展开重构方法。
背景技术
长桁在飞机结构中大量运用，承受着全机的大部分升力和惯性载荷，同时也对飞机蒙皮起一定的支持作用，且往往随蒙皮外形的变化而弯曲甚至扭转。通常弯扭长桁的结构特点体现为：长桁由基础特征和添加特征两部分组成，其中基础特征是指包括T字型、工字型、Z字型等在内的基础结构，添加特征是指在基础结构上添加的切边、变宽度特征、耳片、孔等局部结构。
基于上述结构特点，弯扭长桁设计数模的建模方法为：（1）作出长桁的基准线，在基准线上选取若干个点位，作出各点位处长桁基础特征的截面草图；（2）以长桁的基准线为引导线，通过各点位处的截面草图拉伸出长桁的基础特征；（3）在基础结构上作出长桁的添加特征。目前弯扭长桁最常用的加工方法是：首先将长桁设计数模在三维CAD软件中展开重构，建立长桁的展开板坯数模；然后用三坐标数控机床加工出该展开数模；最后采用弯扭成型等工艺将其成型为设计形状。与传统的直接采用五坐标数控机床进行加工的方法相比，这种加工方法效率高，节省材料，长桁成型性能好。
所述的弯扭长桁设计数模的展开重构是指从长桁的设计数模出发，逆向求取成型长桁的展开板坯数模的过程，是长桁设计数模向制造数模的转换过程。快速准确的弯扭长桁展开重构方法对于提高长桁加工效率、降低生产成本具有重要意义。文献检索表明，国内目前尚且鲜有关于这类弯扭长桁展开重构的文献公开。
发明内容
本发明基于背景技术中描述的弯扭长桁的结构特点和建模方法，提供一种弯扭长桁数模的展开重构方法，该方法从长桁的设计数模出发，通过局部笛卡尔坐标系逐步对长桁的基础特征和添加特征进行转换重构，最终较为准确地将长桁设计数模展开为适用于三坐标数控加工的展开板坯数模。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种弯扭长桁设计数模的展开重构方法，包括设计数模的基础特征和添加特征，其展开重构方法包括以下步骤：
首先建立展开数模的基础特征，具体步骤如下：
（1-1）在长桁设计数模工作树中新建一个几何体用于建立展开数模，任意作一条直线作为展开数模的基准线；
（1-2）将设计数模中截面草图所在平面与长桁基准线的交点映射到展开数模的基准线上；
（1-3）分别在设计数模中各截面草图所在平面与基准线的交点处和展开数模中各映射点处建立局部笛卡尔坐标系，两种数模中局部笛卡尔坐标系的坐标轴方向协调一致；
（1-4）将设计数模的所有截面草图通过各自的局部笛卡尔坐标系转换到展开数模中的对应局部笛卡尔坐标系中，得到展开数模的截面草图；
（1-5）以展开数模的基准线为引导线，通过展开数模的截面草图拉伸出长桁的展开数模的基础特征；
其次建立展开数模的添加特征，具体步骤如下：
（2-1）在设计数模中，提取可以重构添加特征的特征点；
（2-2）在设计数模中，作出经过特征点的基准线法平面与基准线的交点，然后将交点映射到展开数模的基准线上；
（2-3）分别在步骤（2-2）作出的设计数模中的交点处和展开数模中的交点映射点处建立局部笛卡尔坐标系，两种数模中局部笛卡尔坐标系的坐标轴方向协调一致；
（2-4）将设计数模中的特征点通过各自的局部笛卡尔坐标系转换到展开数模的对应局部笛卡尔坐标系中，得到展开数模的特征点；
（2-5）在展开数模中，参照设计数模中添加特征的生成方式，通过展开数模的特征点构造展开数模的添加特征。
当长桁的添加特征多于一个时，重复步骤（2-1）～（2-5）建立展开数模的其他添加特征。
通过以上步骤，实现了长桁数模的展开重构，得到了长桁的展开板坯数模。
本发明的有益效果是：通过建立局部笛卡尔坐标系，逐步转换长桁的基础特征和添加特征，较为准确地将长桁设计数模展开为适用于三坐标数控加工的展开板坯数模，从而达到提高加工效率，降低加工成本，节省原材料以及提高长桁成型性能的效果。
以下结合实施例附图对本申请作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例长桁的设计数模及其建模过程示意图。
图2是本发明实施例长桁基础特征的展开重构过程示意图。
图3是本发明实施例长桁基础特征的展开重构结果示意图。
图4是本发明实施例长桁切边的展开重构过程（一）局部示意图。
图5是本发明实施例长桁切边的展开重构过程（二）局部示意图。
图6是本发明实施例长桁切边的展开重构结果示意图。
图中编号说明： 1-设计数模的基础特征、1'-展开数模的基础特征、2-设计数模的切边、2'-展开数模的切边、3-设计数模的基准线、3'-展开数模的基准线、4-设计数模的截面草图、4'-展开数模的截面草图、5-设计数模中构造切边2的平面、5'-展开数模中构造切边2'的平面、6-设计数模中截面草图4所在平面与基准线3的交点、6'-交点6的映射点、7-设计数模中的特征点、7'-展开数模的特征点、8-设计数模中经过特征点7的基准线法平面与基准线3的交点、8'-交点8的映射点。
具体实施方式
本发明提出的方法在CATIA、UG和Pro/E等三维CAD软件中均可实现，为了方便期间，一般采用与长桁的设计建模软件一致的软件实施本发明。
图1给出的弯扭长桁由基础特征1和切边2构成，其中基础特征1是以基准线3为引导线，拉伸截面草图4获得，切边2是通过平面5分割基础特征1获得，图中6为截面草图4所在平面与基准线3的交点。
在CATIA软件中该长桁进行展开重构的过程如下：
首先建立展开数模的基础特征，具体步骤如下：
（1-1）在长桁设计数模工作树中新建几何体用于建立展开数模，在展开数模上任意作一条直线作为展开数模的基准线3'。
（1-2）将设计数模中截面草图4所在平面与基准线3的交点6映射到展开数模的基准线3'上，得到映射点6'，参照图2。
（1-3）在设计数模中，以各交点6为原点建立局部笛卡尔坐标系OXYZ，坐标轴方向如下：X轴沿交点6处基准线3的切线方向，Y轴沿交点6处长桁底面的法线方向；在展开数模中，以各映射点6'为原点建立局部笛卡尔坐标系O’X’Y’Z’，坐标轴方向如下：X’轴沿展开数模的基准线3'的方向，Y’轴沿与X’轴垂直的任意方向；坐标轴正向参照图2。
（1-4）采用定位变换操作，将设计数模中的所有截面草图4通过各自的局部笛卡尔坐标系OXYZ转换到展开数模中的对应局部笛卡尔坐标系O’X’Y’Z’中，得到展开数模的截面草图4’，参照图2。
（1-5）在展开数模中，采用多截面实体操作，以基准线3'为引导线，通过截面草图4'拉伸出展开数模的的基础特征1'，如图3所示。
其次建立展开数模的添加特征，具体步骤如下：
（2-1）提取平面5上不在一条直线上的三个点作为设计数模的特征点7，参照图4。
（2-2）在设计数模中，作出经过特征点7的基准线3的法平面与基准线3的交点8，然后将交点8映射到展开数模的基准线3上，得到映射点8'。
（2-3）在设计数模中，以各交点8为原点建立局部笛卡尔坐标系OXYZ，坐标轴方向如下：X轴沿交点8处基准线3的切线方向，Y轴沿交点8处长桁地面的法线方向；在展开数模中，以各映射点8'为原点建立局部笛卡尔坐标系O’X’Y’Z’，坐标轴方向如下：X’轴沿展开数模的基准线3'的方向，Y’轴沿与X’轴垂直的任意方向；坐标轴正向参照图5。
（2-4）采用定位变换操作，将设计数模的特征点7通过各自对应的局部笛卡尔坐标系OXYZ转换到展开数模的对应局部笛卡尔坐标系O’X’Y’Z’中，得到展开数模的特征点7'。
（2-5）在展开数模中，通过特征点7'构造平面5'，采用分割操作，用平面5'分割基础特征1'获得展开数模的切边2'，如图6所示。
通过以上步骤，实现了该长桁数模的展开重构，得到了成型该长桁的展开板坯数模。
上面结合附图对本发明进行了示例性说明，但需要指出的是，本发明的具体实现并不局限于上述方式。特别地，由于长桁构造形式或展开工艺要求的不同，上述实施方式往往会产生如下变动或改进：（1）局部笛卡尔坐标系的方向与上述实施例存在差异；（2）展开重构过程中对截面草图或展开截面草图进行局部修正；（3）考虑到长桁成型过程中存在延展变形，对映射获得的展开点的位置进行调整，从而达到补偿延展变形的目的；（4）长桁设计数模的建模方法与背景技术中的描述有差异，但仍然采用与本发明所述的坐标系转换一致的方法逐一展开长桁特征。

Claims (1)

1.一种弯扭长桁设计数模的展开重构方法，包括设计数模的基础特征和添加特征，其展开重构方法包括以下步骤：
首先建立展开数模的基础特征，具体步骤如下：
(1-1)在长桁设计数模工作树中新建一个几何体用于建立展开数模，任意作一条直线作为展开数模的基准线；
(1-2)将设计数模中截面草图所在平面与长桁基准线的交点映射到展开数模的基准线上；
(1-3)在设计数模中，以各截面草图所在平面与基准线的交点为原点建立局部笛卡尔坐标系OXYZ，坐标轴方向如下：X轴沿交点处长桁基准线的切线方向，Y轴沿交点处长桁底面的法线方向；在展开数模中，以各映射点为原点建立局部笛卡尔坐标系O'X'Y'Z'，坐标轴方向如下：X'轴沿展开数模的基准线的方向，Y'轴沿与X'轴垂直的任意方向；
(1-4)将设计数模中的所有截面草图通过各自的局部笛卡尔坐标系转换到展开数模中的对应局部笛卡尔坐标系中，得到展开截面草图；
(1-5)在展开数模中，以展开基准线为引导线，通过展开截面草图拉伸出长桁的展开基础特征；
其次建立展开数模的添加特征，具体步骤如下：
(2-1)在设计数模中，提取可以重构添加结构特征的特征点；
(2-2)在设计数模中，作出特征点处长桁基准线的法平面与长桁基准线的交点，然后将交点映射到展开基准线上；
(2-3)以步骤(2-2)所作的设计数模中的交点为原点建立局部 笛卡尔坐标系OXYZ，坐标轴方向如下：X轴沿交点处长桁基准线的切线方向，Y轴沿交点处长桁底面的法线方向；以步骤(2-2)所作的映射点为原点建立局部笛卡尔坐标系O'X'Y'Z'，坐标轴方向如下：X'轴沿展开数模的基准线的方向，Y'轴沿与X'轴垂直的任意方向；
(2-4)将设计数模中的特征点通过各自的局部笛卡尔坐标系转换到展开数模的对应局部笛卡尔坐标系中，得到展开特征点；
(2-5)在展开数模中，参照设计数模中添加特征的生成方式，通过展开特征点生成展开添加特征。
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