CN104216283A - 飞机导管加工文件快速生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种飞机导管加工文件快速生成方法，包括以下步骤：1)提取导管PRB数据；2)添加工艺余量；3)计算加工信息关键点坐标；4)基于知识的工艺审查；5)干涉仿真；6)生成加工文件。该方法具有识别准确度高、速度快等特点，可用于飞机导管的加工工艺方案分析和飞机导管数字化加工系统的设计和开发，具有良好的应用前景。

Description

飞机导管加工文件快速生成方法

技术领域

本发明涉及的是一种飞机导管加工文件快速生成方法，属于飞机数字化先进制造技术领域。

背景技术

飞机内部液压、燃油、环控、氧气等管路系统离不开各式各样的导管，传统的导管制造通常采用在飞机上获取实样后，按实样弯曲制造和检验的生产方式。这种制造方法要求每生产一种新型号的飞机,都要制造和储存相当数量的导管标准样件、弯曲夹具和型面检验夹具。随着新机种的不断增加，导管标准样件和各种夹具工装的急剧增加，不仅为库存保管以及管理带来困难，同时通过实样这一模拟量来传递制造依据也会使导管的生产质量得不到保证。

随着新机型逐渐将三维数模作为生产依据，工艺员前期需要对设计数模进行工艺审查，而设计数模的工艺审查需要工艺员逐项对设计数模进行手动测量对比检査，工作量巨大容易出现审查错误，同时由于设计员在设计数模时不能提前考虑到生产设备的生产能力和加工过程,工艺员在工艺审查也无法模拟出具体的加工过程，也就不能确定设计数模在生产过程中是否会出现干涉现象，对设计数模的审查只能粗略进行，没有精确性，对后期的生产周期将产生严重的影响；设计数模审查完成后工艺人员需要从三维数模中手动提取设计数据并加以修改形成生产用数据，操作工人需要将生产用数据手动输入弯管机中进行导管弯曲成型，这一系列数据转换和输入过程中如果出现一点错误,将直接导致最终的产品的报废，从而影响飞机的制造质量和生产周期。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明要解决的问题是提供一种导管加工数据的快速获取方法，该方法完成导管加工数据获取的知识化、规范化、标准化，提髙了导管加工数据获取效率，从而缩短了飞机制造工艺准备周期。飞机新型号研制周期短，要求生产准备周期短，飞机导管加工数据的生成是生产准备的一部分，该发明的目的是提出一套快速获取飞机导管加工信息的方法，通过该方法可以在任何CAD环境下开发出相应的软件,在飞机导管生产准备过程中使用该方法的软件可以实现导管加工信息的快速生成。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种飞机导管加工文件快速生成方法，其特征在于：该方法的总流程为：1)提取导管PRB数据；2)添加工艺余量；3)计算加工信息关键点坐标；4)基于知识的工艺审查；5)干涉仿真；6)生成加工文件。

所述的步骤1)导管PRB数据提取，包含(1)获取构成导管中心线的几何元素；(2)计算PRB数据；其中：

所述的(1)获取构成导管中心线的几何元素，即根据零件的结构树信息，通过特征识别的方式，依次筛选出点、线、圆弧并存储；

所述的(2)计算PRB数据，其中P为轴向伸长量，是指导管沿弯管机进给轴的方向向床身外部伸长；R为旋转角度，是指弯管绕其自身中心线旋转的角度；B为弯曲角度，是指弯曲模将弯管夹紧并使其绕弯曲中心旋转，使弯管产生塑性变形形成一弯曲段，其弯曲数值即为弯曲角度B；计算方法为：首先计算P值，上述(1)中筛选出的线数据，即为导管的各段轴向伸长量，直接赋值即可；然后计算R值，根据上述(1)中筛选出的线数据，每两个相邻的线段构成平面，每两个相邻平面的夹角即为R:

P＝F_平面(L₁,L₂)

R＝F_角度(P₁,P₂)

其中，P为相邻线段构成的平面，L₁和L₂为相邻线段，R为旋转角度，P₁和P₂为线段构成的相邻平面；

最后计算弯曲角度B，根据上述(1)中筛选出的线数据，依次计算相邻线段之间的夹角，即得到弯曲角度B；

B＝F_角度(L₁,L₂)

其中，B为弯曲角度，L₁和L₂为相邻线段。

所述的步骤2)添加工艺余量，包括以下内容：(1)判断标准件类型；(2)查询余量数据库，得到余量值；(3)确认标准件连接位置；其中：

所述的(1)判断标准件类型，即将需要添加余量的标准件号存储在数据库中，同时可扩展，当获取到连接导管的标准件号时，与数据库中的标准件号进行比对，判断其是否需要添加余量；

所述的(2)查询余量数据库，其具体方法为：获取零件结构树中记录的材料信息，根据材料信息，可从余量数据库中对应出余量值；

所述的(3)确认标准件连接位置，其具体方法为：根据所述(1)，当判断出需要添加余量时，首先确定需要添加余量的标准件的个数，如果个数为2，则在导管的两端各添加相应余量值；若个数为1，则需获取导管中心线的拓扑端点，分别为起点P_s和终点P_E,分别计算这两点到标准件中心的最小距离Ds，De,如果Ds<De,则认为标准件连接的是导管的起点，在起点处添加余量值；否则认为标准件连接的是导管的终点，在终点处添加余量值。

所述的步骤3)加工信息关键点坐标计算，其具体方法为：在生成加工文件时,需要导管的端点坐标和相邻轴向伸长量L延长线的交点坐标，即关键点坐标。端点坐标可通过筛选点集中的首末点获得；关键点坐标的计算方法为：

已知P_L11和P_L12为线段L₁的端点，P_L21和P_L22为线段L₂的端点，P_L11的空间坐标为(X₁,Y₁,Z₁),P_L12的空间坐标为(X₂,Y₂,Z₂),P_L21的空间坐标为(X₃,Y₃,Z₃),P_L22的空间坐标为(X₄,Y₄,Z₄),设交点A1的坐标为(X,Y,Z),则有：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{X-X_1}{X_2-X_1}=\frac{Y-Y_1}{Y_2-Y_1}=\frac{Z-Z_1}{Z_2-Z_1}\\ \frac{X-X_3}{X_4-X_3}=\frac{Y-Y_3}{Y_4-Y_3}=\frac{Z-Z_3}{Z_4-Z_3}\end{array}\right.$

可推出

$X=\frac{(X_4-X_3)*(X_1*(Y_2-Y_1)-Y_1*(X_2-X_1))-(X_2-X_1)*(X_3*(Y_4-Y_3)-Y_3*(X_4-X_3))}{(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)-(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)}$

$Y=\frac{(Y_2-Y_1)*(Y_4-Y_3)*(X_1-X_3)-Y_1*(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)+Y_3*(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)}{(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)-(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)}$

$Z=\frac{(X_3-X_1)*(Z_2-Z_1)*(Z_4-Z_3)+Z_1*(Z_4-Z_3)*(X_2-X_1)-Z_3*(Z_2-Z_1)*(X_4-X_3)}{(Z_4-Z_3)*(X_2-X_1)-(Z_2-Z_1)*(X_4-X_3)}$

以此类推，可求出每一个关键点坐标。

所述的步骤4)基于知识的工艺审查，其过程是首先创建基于知识的工艺审查模板，然后进行自动审查，最后对不合格品出具审查报告；检查的数据信息有：

通过上述数据之间的运算关系，来检查设计数据是否满足加工实际情况。

所述的步骤5)干涉仿真的主要内容为：将完成工艺审查的导管进行干涉仿真，首先将机床进行1:1建模，机床各部分使用不同颜色区分，根据PRB数据自动计算出导管的理论下料长度，导管在进行加工仿真时依据的是PRB数据构成的弯曲轨迹，根据仿真的步长，依次描绘出每一步导管的形态，在实际进行仿真时依次实例化轨迹，导管动态造型。对弯曲过程进行三维图式动态演示，同时对干涉部位标以特殊颜色用以告知用户具体干涉区域。出现干涉时，系统自动分析是否可通过反转空间转角或转换弯曲起始端头来完成弯曲，重新进行仿真，并对重新仿真通过的导管数据进行保存。

所述的步骤6)加工文件生成的主要内容为：按照FIF的格式，获取导管的图号、管外径、弯曲半径后，结合上述获得的PRB数据和加工关键点数据，加入对应的机器指令，即可生成加工文件FIF。

本发明采用上述方案，具有识别准确度高、速度快等特点，可用于飞机导管的加工工艺方案分析和飞机导管数字化加工系统的设计和开发，具有良好的应用前景。

附图说明

图1飞机导管加工文件快速生成方法流程图。

图2(a)导管零件结构树示意图。

图2(b)导管中心线示意图。

图3工艺审查模板；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。

图1为本发明提出的导管加工文件快速获取方法实现的具体流程,该方法实现的主要步骤包括：1)提取导管PRB数据；2)添加工艺余量；3)加工信息关键点坐标计算；4)基于知识的工艺审查；5)干涉仿真；6)生成加工文件。

所述步骤1)导管PRB数据提取的主要内容包括：获取构成导管中心线所需的几何元素，从中计算出PRB信息，即加工导管各段圆弧时导管轴向伸长量P、旋转角度R、弯曲角度B。数控弯管机加工成形的产品是由若干段直线段导管通过半径、角度不同的圆弧连接而成的空间导管。对其中每一段圆弧的加工过程可分解为三个步骤：轴向伸长、绕未加工部分中心线旋转和成形部分绕弯曲模中心线弯曲。图2(a)为结构树中的RibPath,存储的即是构成导管中心线所需的几何元素，图2(b)为导管中心线，轴向伸长是指导管沿弯管机进给轴的方向向床身外部伸长，其中L1、L2、L3分别为导管的轴向伸长量P；弯曲模将弯管夹紧并使其绕弯曲中心旋转，使弯管产生塑性变形形成一弯曲段，其数值为旋转角度R,可通过测量每相邻线段的夹角获得；弯曲角度B,也就是弯管绕其自身中心线旋转的角度，可通过计算每相邻线段构成平面之间的夹角获得。上述三个工步构成一个单元并完成一段导管的加工，一个或多个单元组合在一起完成空间形状复杂的导管的加工。

所述步骤2)添加工艺余量的内容包括：建立工艺余量数据库，自动获取MBD结构树中材料信息，在三维数模“材料”参数中的信息为“lCrl8NilOTi丨固溶|JG6*0.6|11-CL-007B”，存储的依次是材料牌号、材料状态、材料规格、材料标准。

工艺余量数据库包含对不同材料、不同规格导管所添工艺余量大小的规定，用以添加导管端头工艺余量。当将材料牌号、材料状态、材料规格、材料标准信息获取后，通过查询标准工艺余量数据库，能够得出导管的扩口余量将该值添加到导管两端的轴向伸长量中，即完成扩口余量的添加。

所述步骤3)加工信息关键点坐标计算的主要内容包括:在生成加工文件时,需要导管的端点坐标和相邻轴向伸长量L延长线的交点坐标，即关键点坐标。端点坐标可通过筛选点集中的首末点获得，如图2(b)所示，关键点坐标的计算方法为：

已知P_L11和P_L12为线段L1的端点，P_L21和P_L22为线段L2的端点，P_L11的空间坐标为(X1,Y1,Z1)，P_L12的空间坐标为(X2,Y2,Z2),P_L21的空间坐标为(X3,Y3,Z3),P_L22的空间坐标为(X4,Y4,Z4),设交点A1的坐标为(X,Y,Z)，则有：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{X-X_1}{X_2-X_1}=\frac{Y-Y_1}{Y_2-Y_1}=\frac{Z-Z_1}{Z_2-Z_1}\\ \frac{X-X_3}{X_4-X_3}=\frac{Y-Y_3}{Y_4-Y_3}=\frac{Z-Z_3}{Z_4-Z_3}\end{array}\right.$

可推出

$X=\frac{(X_4-X_3)*(X_1*(Y_2-Y_1)-Y_1*(X_2-X_1))-(X_2-X_1)*(X_3*(Y_4-Y_3)-Y_3*(X_4-X_3))}{(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)-(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)}$

$Y=\frac{(Y_2-Y_1)*(Y_4-Y_3)*(X_1-X_3)-Y_1*(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)+Y_3*(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)}{(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)-(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)}$

$Z=\frac{(X_3-X_1)*(Z_2-Z_1)*(Z_4-Z_3)+Z_1*(Z_4-Z_3)*(X_2-X_1)-Z_3*(Z_2-Z_1)*(X_4-X_3)}{(Z_4-Z_3)*(X_2-X_1)-(Z_2-Z_1)*(X_4-X_3)}$

以此类推，可求出每一个关键点坐标。

所述步骤4)基于知识的工艺审查的主要内容为：建立基于知识的工艺审查模板，对不合格品出具审查报告。

基于知识的工艺审查模板按照相应的格式填写相关数据，包含对导管端头线段长度范围的规定、弯曲线段长度范围的规定，弯曲半径范围的规定，弯曲角度大小范围的规定等数据审査需要的数据，如图(3)所示，可扩充模板现有内容，同时允许以特定的文本格式从外部导入模板。在进行工艺审查时，需要按照工艺审查模板中的规定对比导管的相应参数信息，并将对比合格的数据进行保存；对比不合格的数据按图号顺序，以图号为单位用文本形式逐一出具不合格报告。

所述步骤5)干涉仿真的主要内容为：将完成工艺审查的导管进行干涉仿真，首先将机床进行1:1建模，机床各部分使用不同颜色区分，对弯曲过程进行三维图式动态演示，同时对干涉部位标以特殊颜色用以告知用户具体干涉区域。根据PRB数据自动计算出导管的理论下料长度，导管在进行加工仿真时依据的是PRB数据构成的弯曲轨迹，根据仿真的步长，依次描绘出每一步导管的形态，在实际进行仿真时依次实例化轨迹，导管动态造型。出现干涉时，系统自动分析是否可通过反转空间转角或转换弯曲起始端头来完成弯曲，重新进行仿真，并对重新仿真通过的导管数据进行保存；对于不能通过仿真的导管数据，生成仿真报告并以文本形式列出图号及干涉原因告知用户。若不关注仿真过程，可在后台批量运行加工仿真，生成仿真报告。

所述步骤6)加工文件生成的主要内容为：获取导管的图号、管外径、弯曲半径后，结合前面所获得的PRB数据和加工关键点数据，按照FIF的格式，即可生成加工文件FIF。

Claims (7)

1.一种飞机导管加工文件快速生成方法，其特征在于：包括以下步骤：1)提取导管PRB数据；2)添加工艺余量；3)计算加工信息关键点坐标；4)基于知识的工艺审查；5)干涉仿真；6)生成加工文件。

2.根据权利要求1所述的一种飞机导管加工文件快速生成方法，其特征在于：所述的步骤1)导管PRB数据提取，包含(1)获取构成导管中心线的几何元素；(2)计算PRB数据；其中：

所述的(1)获取构成导管中心线的几何元素，即根据零件的结构树信息，通过特征识别的方式，依次筛选出点、线、圆弧并存储；

所述的(2)计算PRB数据，其中P为轴向伸长量，是指导管沿弯管机进给轴的方向向床身外部伸长；R为旋转角度，是指弯管绕其自身中心线旋转的角度；B为弯曲角度，是指弯曲模将弯管夹紧并使其绕弯曲中心旋转，使弯管产生塑性变形形成一弯曲段，其弯曲数值即为弯曲角度B；计算方法为：首先计算P值，上述(1)中筛选出的线数据，即为导管的各段轴向伸长量，直接赋值即可；然后计算R值，根据上述(1)中筛选出的线数据，每两个相邻的线段构成平面，每两个相邻平面的夹角即为R:

P＝F_平面(L₁,L₂)

R＝F_角度(P₁,P₂)

其中，P为相邻线段构成的平面，L₁和L₂为相邻线段，R为旋转角度，P₁和P₂为线段构成的相邻平面；

最后计算弯曲角度B，根据上述(1)中筛选出的线数据，依次计算相邻线段之间的夹角，即得到弯曲角度B；

B＝F_角度(L₁,L₂)

其中，B为弯曲角度，L₁和L₂为相邻线段。

3.根据权利要求1所述的一种飞机导管加工文件快速生成方法，其特征在于：所述的步骤2)添加工艺余量，包括以下内容：(1)判断标准件类型；(2)查询余量数据库，得到余量值；(3)确认标准件连接位置；其中：

所述的(1)判断标准件类型，即将需要添加余量的标准件号存储在数据库中，同时可扩展，当获取到连接导管的标准件号时，与数据库中的标准件号进行比对，判断其是否需要添加余量；

所述的(2)查询余量数据库，其具体方法为：获取零件结构树中记录的材料信息，根据材料信息，可从余量数据库中对应出余量值；

所述的(3)确认标准件连接位置，其具体方法为：根据所述(1)，当判断出需要添加余量时，首先确定需要添加余量的标准件的个数，如果个数为2，则在导管的两端各添加相应余量值；若个数为1，则需获取导管中心线的拓扑端点，分别为起点P_s和终点P_E,分别计算这两点到标准件中心的最小距离Ds，De,如果Ds<De,则认为标准件连接的是导管的起点，在起点处添加余量值；否则认为标准件连接的是导管的终点，在终点处添加余量值。

4.根据权利要求1所述的一种飞机导管加工文件快速生成方法，其特征在于：所述的步骤3)加工信息关键点坐标计算，其具体方法为：在生成加工文件时,需要导管的端点坐标和相邻轴向伸长量L延长线的交点坐标，即关键点坐标。端点坐标可通过筛选点集中的首末点获得；关键点坐标的计算方法为：

已知P_L11和P_L12为线段L₁的端点，P_L21和P_L22为线段L₂的端点，P_L11的空间坐标为(X₁,Y₁,Z₁),P_L12的空间坐标为(X₂,Y₂,Z₂),P_L21的空间坐标为(X₃,Y₃,Z₃),P_L22的空间坐标为(X₄,Y₄,Z₄),设交点A1的坐标为(X,Y,Z),则有：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{X-X_1}{X_2-X_1}=\frac{Y-Y_1}{Y_2-Y_1}=\frac{Z-Z_1}{Z_2-Z_1}\\ \frac{X-X_3}{X_4-X_3}=\frac{Y-Y_3}{Y_4-Y_3}=\frac{Z-Z_3}{Z_4-Z_3}\end{array}\right.$

可推出

$X=\frac{(X_4-X_3)*(X_1*(Y_2-Y_1)-Y_1*(X_2-X_1))-(X_2-X_1)*(X_3*(Y_4-Y_3)-Y_3*(X_4-X_3))}{(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)-(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)}$

$Y=\frac{(Y_2-Y_1)*(Y_4-Y_3)*(X_1-X_3)-Y_1*(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)+Y_3*(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)}{(Y_2-Y_1)*(X_4-X_3)-(X_2-X_1)*(Y_4-Y_3)}$

$Z=\frac{(X_3-X_1)*(Z_2-Z_1)*(Z_4-Z_3)+Z_1*(Z_4-Z_3)*(X_2-X_1)-Z_3*(Z_2-Z_1)*(X_4-X_3)}{(Z_4-Z_3)*(X_2-X_1)-(Z_2-Z_1)*(X_4-X_3)}$

以此类推，可求出每一个关键点坐标。

5.根据权利要求1所述的一种飞机导管加工文件快速生成方法，其特征在于：所述的步骤4)基于知识的工艺审查，其过程是首先创建基于知识的工艺审查模板，然后进行自动审查，最后对不合格品出具审查报告；检查的数据信息有：

通过上述数据之间的运算关系，来检查设计数据是否满足加工实际情况。

6.根据权利要求1所述的一种飞机导管加工文件快速生成方法，其特征在于：所述的步骤5)干涉仿真的主要内容为：将完成工艺审查的导管进行干涉仿真，首先将机床进行1:1建模，机床各部分使用不同颜色区分，根据PRB数据自动计算出导管的理论下料长度，导管在进行加工仿真时依据的是PRB数据构成的弯曲轨迹，根据仿真的步长，依次描绘出每一步导管的形态，在实际进行仿真时依次实例化轨迹，导管动态造型。对弯曲过程进行三维图式动态演示，同时对干涉部位标以特殊颜色用以告知用户具体干涉区域。出现干涉时，系统自动分析是否可通过反转空间转角或转换弯曲起始端头来完成弯曲，重新进行仿真，并对重新仿真通过的导管数据进行保存。

7.根据权利要求1所述的一种飞机导管加工文件快速生成方法，其特征在于：所述的步骤6)加工文件生成的主要内容为：按照FIF的格式，获取导管的图号、管外径、弯曲半径后，结合上述获得的PRB数据和加工关键点数据，加入对应的机器指令，即可生成加工文件FIF。