CN114036595B - 一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法，首先按Creo自动装配方式快速新建蜂窝夹层结构板工装装配模型，并在Creo二次开发软件中记录工装板件模型的安装面和坐标系。然后，基于工装板件知识库，应用参数化建模方法自动构建工装板件模型，按坐标系自动将各工装板件与安装面完全贴合组装并批量写入模型参数。接着，基于侧埋特征库，应用参数化建模方法自动创建并放置侧埋定位特征。最后，基于预埋件对应的工装板件模型孔表信息，快速构建工装板件模型，完成复材蜂窝夹层结构板制造全息装配模型快速建模。采用本发明方法减轻了建模工作量，大幅提升工装设计效率和准确性，确保结构板的研制效率和质量。

Description

一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法

技术领域

本发明属于航天器复材结构产品数字化设计制造技术领域，具体涉及一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法。

背景技术

全三维数字化设计制造技术在航空航天领域的应用已有近二十年，目前，航天器复材蜂窝夹层结构板已广泛采用全三维设计，应用Pro/E、Creo、Catia、UG、Solidworks等主流三维设计软件进行建模。一方面由于结构板结构形式各有不同，定制化倾向高，工艺人员在进行工装设计时，难以直接利用三维设计模型快速、高效地生成三维工装；另一方面由于设计软件形式多、设计模型输入种类多，一款三维工装设计软件难以实现多版本软件和不同形式模型的兼容特性。同时，蜂窝夹层结构板快速设计软件方面尚未见诸报道。

航天器复材蜂窝夹层结构板具有尺寸大、安装孔多、埋件种类多等特点，以结构最为复杂、尺寸最大的卫星舱体南、北结构板为例，二维图纸作为设计输入时，工艺人员直接进行孔位校核，完成二次面板设计和二维工装设计，至少需要5天完成设计工作；三维模型作为设计输入时，按传统工装设计方法首先将三维设计模型转换为二维图，再进行二维工装设计，转换过程繁琐，设计周期增加至7天，严重影响设计效率，输出的工装图纸超过20页，也不够直观且易出错，生产信息可能传递不到位。如采用Creo进行三维工装设计，模型表达更为直观，但在Creo中进行模型孔位校核、二次面板设计和三维工装设计，其建模工作量大、易出错，工装设计周期一般在10天，设计效率和质量都难以保证，这也将直接影响结构板的研制效率和质量。随着航天器结构板需求量的增加和研制周期越来越短的要求，迫切需要一种蜂窝夹层结构板的全三维工装快速设计方法，使复杂结构板工装设计周期缩短至1天，简单结构板工装设计周期缩短至1个小时，同时兼容多种输入格式和建模方式。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术中存在的问题，提供一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法，基于结构板设计模型输入，可快速、准确的在Creo中构建工装模型，实现基于设计模型的工装快速设计，提升工装设计效率和质量。

本发明的技术方案是：一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法，步骤如下：

1)新建工装装配模型；

2)完成工装板件模型定位；

3)建立工装板件模板；

4)构建工装板件模型知识库；

5)完成工装板件参数化建模与组装；

6)构建侧埋特征库；

7)完成侧埋特征自由定位；

8)识别预埋件及其对应孔信息；

9)编制工装板件模型孔表；

10)根据工装板件模型孔表快速完成工装板件模型参数化建模。

所述步骤新建工装装配模型的具体过程为：

在Creo二次开发软件中命名工装装配模型，并导入蜂窝夹层结构板模型，集成调用Creo新建模型接口和组装模型接口，自动将该蜂窝夹层结构板模型以缺省方式组装到工装装配模型中；所述的工装装配模型由基准平面、基准坐标系、蜂窝夹层结构板模型以及后续步骤建立并安装的各工装板件模型组成。

所述蜂窝夹层结构板模型的导入格式包括Pro/E、Creo和STEP中间格式。

所述工装板件模型定位的具体过程为：

在模型视图中指定蜂窝夹层结构板的上表面、下表面和坐标系，完成后续步骤建立的各工装板件模型的工艺基准定位；调用Creo二次开发接口自动获取所指定上表面、下表面和坐标系的几何信息，并在Creo二次开发软件中进行保存记录，其中，坐标系Z轴为垂直方向，上面板位于正Z轴方向，下面板位于负Z轴方向。

所述建立工装板件模板，包括工艺均压板、上层工艺垫板和下层工艺垫板三种，统一设置模型参数和几何参数，所述模型参数包括材料名称CMAT、材料牌号CNAME、材料标准号CSTD和技术要求CREQ，所述几何参数包括厚度H、偏移D和轮廓随形F。

所述工装板件模型知识库的具体构建过程为：

根据不同材料、尺寸和预埋件数量的蜂窝夹层结构板复材成型工艺要求，建立与所需工装板件模板的一对多数据自动映射关联；对关联的工装板件模板分别设置模型参数值和几何参数值，并自动定义各工装板件的安装基准面，工艺均压板的安装基准面为上表面，上层工艺垫板的安装基准面为下表面，下层工艺垫板的安装基准面为上层工艺垫板沿负Z轴垂直方向的下表面；在Creo二次开发软件中，按蜂窝夹层结构板类别，将工装板件模型的模型参数值、几何参数值和安装基准面集合进行保存记录，形成工装板件模型知识库。

所述工装板件参数化建模与组装的具体过程为：

选择蜂窝夹层结构板类型，自动调用工装板件模型知识，根据实际复材成型工艺要求快速复用各工装板件模型的模型参数值和几何参数值；通过集成Creo二次开发接口，调用Creo拉伸特征功能，工艺均压板以蜂窝夹层结构板模型的坐标系正Z轴方向为拉伸方向，上层工艺垫板和下层工艺垫板以蜂窝夹层结构板模型的坐标系负Z轴方向为拉伸方向，拉伸厚度为H，并以各工装板件的安装基准面为草绘平面，根据偏移D和轮廓随形F的值计算草绘截面外形轮廓几何尺寸，完成工艺板件的参数化建模；各工装板件模型以安装基准面和最大外轮廓中心坐标系重合装配方式完成组装，并将模型参数值写入各工装板件模型参数中，至此完成工装板件参数化建模与组装。

所述根据偏移D和轮廓随形F的值计算草绘截面外形轮廓几何尺寸，完成工艺板件的参数化建模的具体过程为：如果偏移D的值为0mm，轮廓随形F为1，以安装基准面的外轮廓为草绘截面；如果偏移D的值为0mm，轮廓随形F为0，以安装基准面的最大外轮廓包络为草绘截面；如果偏移D的值不为0mm，轮廓随形F为1，将安装基准面的外轮廓偏移D值，并作为草绘截面；如果偏移D的值不为0mm，轮廓随形F为0，将安装基准面的外轮廓偏移D值，并以其最大外轮廓包络为草绘截面。

所述构建侧埋特征库的过程为：根据复材成型工艺侧埋定位要求，建立常用的侧埋块类型，设置各类侧埋块的工装特征参数及参数值，包括孔板距C、孔间距A、孔间距B、孔径D，形成侧埋特征库。

所述侧埋特征自由定位的具体过程为：

在侧埋特征库中指定所需侧埋块类型，在工装板件模型上，选择侧埋特征放置平面，通过Creo二次开发接口自动获取所选平面几何信息，调用Creo草绘特征功能，以侧埋特征放置平面为草绘平面，以侧埋中轴线放置点为坐标原点，以孔间距A、孔间距B和孔径D的值为侧埋工装的孔位参数绘制孔特征，快速完成侧埋特征自由定位，并在Creo二次开发工具中重命名后保存。

所述识别预埋件及其对应孔信息的具体过程如下：

采用模型名称自动识别、侧埋特征自动识别和人工识别三种方式完成蜂窝夹层结构板模型的预埋件状态识别；所述预埋件状态包括正埋和侧埋两种，正埋状态直接提取预埋件单孔中心线的X坐标和Y坐标值，侧埋状态提取侧埋特征双孔中心线的X坐标和Y坐标值，并按上下面板分类排序编号并保存。

所述编制工装板件模型孔表具体为：

按照上、下面板预埋件孔位坐标信息，在工艺均压板、上层工艺垫板和下层工艺垫板分别快速批量提取各预埋件对应的孔径参数值和孔类型，进行孔径公差范围调整，完成孔表参数设置。

所述根据工装板件模型孔表快速完成工装板件模型参数化建模的具体过程为：调用Creo的孔特征功能，按表中顺序依次读取预埋件的孔位坐标信息，作为各工装板件对应的孔特征坐标，按孔径参数值和孔类型进行参数化打孔，所述孔类型包括光孔、螺纹孔和划窝孔，直至孔表内所有孔均完成参数化建模；调用Creo标注功能，自动将孔标识批量标注在工装板件模型中，至此完成工装装配模型及其工装板件模型的快速创建。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明对工艺均压板、上层工艺垫板和下层工艺垫板三种工装板件模型分别建立模型参数和几何参数，形成工装板件模板，并按照复材成型工艺要求，将工装板件模型的模型参数值、几何参数值和安装基准面组合生成工装板件模型知识，通过集成和调用CreoPro/Toolkit API接口，建立工装板件模型知识库，与传统经验设计模式相比，能够可视化的设置工艺参数，可以快速扩展，工艺知识由依赖于人的经验转变为更加直观高效与专业共享的应用模式。

2)本发明通过集成Creo Pro/Toolkit API接口，应用参数化建模方法，调用工装板件模型知识库中的参数，自动识别上下面板的外形轮廓，分析计算外形轮廓几何偏移量，快速创建工装板件模型，并以安装基准面和最大外轮廓中心坐标系重合装配方式完成组装，与Creo标准建模方式相比，更加直观简单、建模效率与质量更高；

3)本发明通过集成Creo Pro/Toolkit API接口，建立各类侧埋块工装的孔位特征参数及参数值，形成侧埋特征库，并应用参数化建模方法，基于孔位特征参数，快速完成侧埋特征的自由定位，与Creo标准建模方式相比，更加直观简单、建模效率与质量更高；

4)本发明将结构板预埋件识别、结构板孔位信息识别、工装板件孔径计算和工装板件孔类型识别的方法统一固化到Creo二次开发软件中，以工装板件模型孔表的形式展示，且应用参数化建模方法，快速创建各工装板件的孔特征，自动进行孔标识标注，建立复材蜂窝夹层结构板制造全息装配模型，与Creo标准建模方式相比，更加直观简单、建模效率与质量更高。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选的具体实施例进一步描述。

如图1所示，本发明提供的航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法，应用于某航天器的碳面板蜂窝夹层结构板的工装设计中，以Creo为设计平台，基于Creo二次开发技术，具体包括以下步骤：

1)新建工装装配模型。在Creo二次开发软件中命名工装装配模型，并导入蜂窝夹层结构板模型(所述模型的导入格式包括Pro/E、Creo和STEP中间格式)，集成调用Creo新建模型接口和组装模型接口，自动将该蜂窝夹层结构板模型以缺省方式组装到工装装配模型中，所述的工装装配模型由基准平面、基准坐标系、蜂窝夹层结构板模型以及后续步骤建立并安装的各工装板件模型组成，并以指定的工装装配模型名称保存；

2)完成工装板件模型定位。根据碳面板蜂窝夹层结构板的面板位置，在模型视图中指定蜂窝夹层结构板的上表面SID、下表面XID和坐标系CSYS，作为后续步骤各工装板件模型建模时的工艺基准定位。调用Creo二次开发接口自动获取所指定的上表面SID、下表面XID和坐标系CSYS的几何信息，并在Creo二次开发软件中进行保存记录，其中，坐标系Z轴为垂直方向，上面板位于正Z轴方向，下面板位于负Z轴方向；

3)建立工装板件模板。工装板件模板类型主要包括工艺均压板、上层工艺垫板和下层工艺垫板三种，统一设置模型参数和几何参数，所述模型参数包括材料名称CMAT、材料牌号CNAME、材料标准号CSTD和技术要求CREQ，所述几何参数包括厚度H、偏移D和轮廓随形F；

4)构建工装板件模型知识库。在Creo二次开发软件中配置常用的复材材料库，将工装铝板、工装碳板和工装玻璃钢板的材料名称、材料牌号及材料标准号录入库中，配置常用的技术要求，将工艺均压板通用技术要求、工艺垫板通用技术要求录入库中，便于模型材料参数和技术要求的快速准确填写与注释。根据碳面板蜂窝夹层结构板不同材料、尺寸和预埋件数量的复材成型工艺要求，在Creo二次开发软件中选择其所需构建的工装板件模型，由上至下包括工艺均压板、上层工艺垫板和下层工艺垫板，建立复材结构产品与所需工装板件模板的一对多数据自动映射关联。对关联的工装板件模板分别设置模型参数值和几何参数值，从复材材料库中选择工艺均压板的材料为工装铝板，自动填写材料名称CMAT为工装铝板、材料牌号CNAME为LF21Y、材料标准号CSTD为Gbn167-82，从技术要求库中选择填写均压板通用技术要求CREQ，指定厚度H为2mm、偏移值为0mm、轮廓随形F为1，按此设置依次指定其他工装板件，直至全部指定完成，并自动定义各工装板件的安装基准面，工艺均压板的安装基准面为上表面，上层工艺垫板的安装基准面为下表面，下层工艺垫板的安装基准面为上层工艺垫板沿负Z轴垂直方向的下表面。在Creo二次开发软件中，按碳面板蜂窝夹层结构板类型，将所有工装板件模型的模型参数值、几何参数值和安装基准面集合进行保存记录，形成工装板件模型知识库；

5)自动完成工装板件参数化建模与组装。选择工装板件模型知识库中的碳面板蜂窝夹层结构板类型，自动调用工装板件模型知识，根据实际复材成型工艺要求快速复用各工装板件模型的模型参数值和几何参数值。通过集成调用Creo拉伸特征功能，工艺均压板以蜂窝夹层结构板模型的坐标系正Z轴方向为拉伸方向，上层工艺垫板和下层工艺垫板以蜂窝夹层结构板模型的坐标系负Z轴方向为拉伸方向，拉伸厚度H为2mm，并以各工装板件的安装基准面为草绘平面，按偏移D的值为0mm，轮廓随形F为1，以安装基准面的外轮廓为草绘截面，计算草绘截面外形轮廓几何尺寸，完成工艺板件的参数化建模。各工装板件模型以安装基准面和最大外轮廓中心坐标系重合装配方式完成组装，集成调用Creo重命名和参数编辑功能，自动完成各工装板件模型名称的批量重命名，并将模型参数值写入各工装板件模型参数中，将技术要求以模型注释的方式标注到模型视图中，至此完成工装板件参数化建模与组装；

6)构建侧埋特征库。根据复材成型工艺侧埋定位要求，建立常用的侧埋块类型，设置各类侧埋块的工装特征参数及参数值，包括孔板距C、孔间距A、孔间距B、孔径D，形成侧埋特征库；

7)完成侧埋特征自由定位。在侧埋特征库中选取所需侧埋块类型为A型，孔板距C为10mm、孔间距A为10mm、孔间距B为10mm、孔径D4.05mm，在上层工艺垫板模型上，选择上表面为A型侧埋特征放置平面，通过Creo二次开发接口自动获取所选平面几何信息，调用Creo草绘特征功能，以侧埋特征放置平面为草绘平面，以侧埋中轴线放置点为坐标原点，以孔间距A、孔间距B和孔径D的值为侧埋工装的孔位参数绘制孔特征，快速完成A型侧埋特征自由定位，按此定位其余侧埋特征，直至完成所有侧埋特征的定位，并在Creo二次开发工具中重命名后保存；

8)识别预埋件及其对应孔信息。采用模型名称自动识别、侧埋特征自动识别和人工识别三种方式完成碳面板蜂窝夹层结构板模型的12种正埋类型预埋件状态识别，8种侧埋类型预埋件状态识别，直至碳面板蜂窝夹层结构板中所有预埋件均识别完成。正埋状态直接提取预埋件单孔中心线的X坐标和Y坐标值，侧埋状态提取侧埋特征双孔中心线的X坐标和Y坐标值，并按上下面板分类排序编号并保存；

9)编制工装板件模型孔表。按照上下面板预埋件孔位坐标信息，在工艺均压板、上层工艺垫板和下层工艺垫板分别快速批量提取各预埋件对应的孔径参数值和孔类型，按工艺开孔要求，进行孔径公差范围调整，自动生成孔标识，完成孔表参数设置。同时，根据8)的预埋件识别，识别出所有对应的预埋件名称；

10)根据工装板件模型孔表快速完成工装板件模型参数化建模。调用Creo的孔特征功能，按表中顺序依次读取预埋件的孔位坐标信息，作为各工装板件对应的孔特征坐标，按孔径参数值和孔类型进行参数化打孔，所述孔类型包括光孔、螺纹孔和划窝孔，直至孔表内所有孔均完成参数化建模，在本实施例中，上面板完成105个打孔，下面板完成44个打孔。调用Creo标注功能，自动将孔标识批量标注在工装板件模型中，至此完成工装装配模型及其工装板件模型的快速创建。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法，其特征在于步骤如下：

1）建立工装装配模型；

2）完成工装板件模型定位，建立工装板件模板，并构建工装板件模型知识库；

3）完成工装板件参数化建模与组装；

4）构建侧埋特征库，并完成侧埋特征自由定位；

5）识别预埋件及其对应孔信息；

6）编制工装板件模型孔表；

7）根据工装板件模型孔表快速完成工装板件模型参数化建模；

步骤建立工装装配模型的具体过程为：

在Creo二次开发软件中命名工装装配模型，并导入蜂窝夹层结构板模型，集成调用Creo新建模型接口和组装模型接口，自动将该蜂窝夹层结构板模型以缺省方式组装到工装装配模型中；所述的工装装配模型由基准平面、基准坐标系、蜂窝夹层结构板模型以及后续步骤建立并安装的各工装板件模型组成；

所述蜂窝夹层结构板模型的导入格式包括Pro/E、Creo和STEP中间格式；

所述建立工装板件模板，包括工艺均压板、上层工艺垫板和下层工艺垫板三种，统一设置模型参数和几何参数，所述模型参数包括材料名称CMAT、材料牌号CNAME、材料标准号CSTD和技术要求CREQ，所述几何参数包括厚度H、偏移D和轮廓随形F；

所述工装板件模型知识库的具体构建过程为：

根据不同材料、尺寸和预埋件数量的蜂窝夹层结构板复材成型工艺要求，建立与所需工装板件模板的一对多数据自动映射关联；对关联的工装板件模板分别设置模型参数值和几何参数值，并自动定义各工装板件的安装基准面，工艺均压板的安装基准面为上表面，上层工艺垫板的安装基准面为下表面，下层工艺垫板的安装基准面为上层工艺垫板沿负Z轴垂直方向的下表面；在Creo二次开发软件中，按蜂窝夹层结构板类别，将工装板件模型的模型参数值、几何参数值和安装基准面集合进行保存记录，形成工装板件模型知识库；

所述工装板件参数化建模与组装的具体过程为：

选择蜂窝夹层结构板类型，自动调用工装板件模型知识，根据实际复材成型工艺要求快速复用各工装板件模型的模型参数值和几何参数值；通过集成Creo二次开发接口，调用Creo拉伸特征功能，工艺均压板以蜂窝夹层结构板模型的坐标系正Z轴方向为拉伸方向，上层工艺垫板和下层工艺垫板以蜂窝夹层结构板模型的坐标系负Z轴方向为拉伸方向，拉伸厚度为H，并以各工装板件的安装基准面为草绘平面，根据偏移D和轮廓随形F的值计算草绘截面外形轮廓几何尺寸，完成工艺板件的参数化建模；各工装板件模型以安装基准面和最大外轮廓中心坐标系重合装配方式完成组装，并将模型参数值写入各工装板件模型参数中，至此完成工装板件参数化建模与组装；

所述根据偏移D和轮廓随形F的值计算草绘截面外形轮廓几何尺寸，完成工艺板件的参数化建模的具体过程为：如果偏移D的值为0mm，轮廓随形F为1，以安装基准面的外轮廓为草绘截面；如果偏移D的值为0mm，轮廓随形F为0，以安装基准面的最大外轮廓包络为草绘截面；如果偏移D的值不为0mm，轮廓随形F为1，将安装基准面的外轮廓偏移D值，并作为草绘截面；如果偏移D的值不为0mm，轮廓随形F为0，将安装基准面的外轮廓偏移D值，并以其最大外轮廓包络为草绘截面；

所述构建侧埋特征库的过程为：根据复材成型工艺侧埋定位要求，建立常用的侧埋块类型，设置各类侧埋块的工装特征参数及参数值，包括孔板距C、孔间距A、孔间距B、孔径D，形成侧埋特征库；

所述侧埋特征自由定位的具体过程为：

在侧埋特征库中指定所需侧埋块类型，在工装板件模型上，选择侧埋特征放置平面，通过Creo二次开发接口自动获取所选平面几何信息，调用Creo草绘特征功能，以侧埋特征放置平面为草绘平面，以侧埋中轴线放置点为坐标原点，以孔间距A、孔间距B和孔径D的值为侧埋工装的孔位参数绘制孔特征，快速完成侧埋特征自由定位，并在Creo二次开发工具中重命名后保存；

所述识别预埋件及其对应孔信息的具体过程如下：

采用模型名称自动识别、侧埋特征自动识别和人工识别三种方式完成蜂窝夹层结构板模型的预埋件状态识别；所述预埋件状态包括正埋和侧埋两种，正埋状态直接提取预埋件单孔中心线的X坐标和Y坐标值，侧埋状态提取侧埋特征双孔中心线的X坐标和Y坐标值，并按上下面板分类排序编号并保存；

所述编制工装板件模型孔表具体为：

按照上、下面板预埋件孔位坐标信息，在工艺均压板、上层工艺垫板和下层工艺垫板分别快速批量提取各预埋件对应的孔径参数值和孔类型，进行孔径公差范围调整，完成孔表参数设置。

2.根据权利要求1所述的一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法，其特征在于：所述工装板件模型定位的具体过程为：

在模型视图中指定蜂窝夹层结构板的上表面、下表面和坐标系，完成后续步骤建立的各工装板件模型的工艺基准定位；调用Creo二次开发接口自动获取所指定上表面、下表面和坐标系的几何信息，并在Creo二次开发软件中进行保存记录，其中，坐标系Z轴为垂直方向，上面板位于正Z轴方向，下面板位于负Z轴方向。

3.根据权利要求1所述的一种航天器复材蜂窝夹层结构板的工装快速建模方法，其特征在于：所述根据工装板件模型孔表快速完成工装板件模型参数化建模的具体过程为：

调用Creo的孔特征功能，按表中顺序依次读取预埋件的孔位坐标信息，作为各工装板件对应的孔特征坐标，按孔径参数值和孔类型进行参数化打孔，所述孔类型包括光孔、螺纹孔和划窝孔，直至孔表内所有孔均完成参数化建模；调用Creo标注功能，自动将孔标识批量标注在工装板件模型中，至此完成工装装配模型及其工装板件模型的快速创建。