应用CATIA V5设计钣金件的问题分析及解决办法

马清

摘  要：CATIA V5是高级的计算机辅助设计软件，目前已广泛应用于航空航天等行业，我们飞机结构设计人员在应用CATIA V5软件设计航空钣金零件时，常会遇到由于各种原因造成三维实体的外形无法生成的问题。文章列举了建模过程中几种常见的问题，并简单分析其原因及解决办法，可供相关设计人员借鉴参考，具有一定的实际指导意义。

关键词：航空钣金件;三维模型;弯边;下陷

中图分类号：TBl8;TB472    文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）35-0003-02

1  概  述

目前，在飞机零件数字化建模过程中，我们设计员应用的是CATIA V5软件。由于CATIA V5软件中航空钣金模块功能还不是非常完善，对设计员的建模方法和技巧及用于生成三维实体模型的辅助元素的要求都很高，初次应用此软件进行航空钣金零件的设计必将遇到诸多问题。在钣金件建模过程中遇到的问题主要有弯边无法用钣金模块功能直接生成和下陷做不出来等。但这些问题并不是没有办法解决的，只是经验和技巧的问题，这就需要设计员找出软件功能的弊端，了解需要完善哪些生成实体的辅助条件。出现问题后，首先确定问题出在哪里，分析是什么原因导致功能无法实现，然后找出解决办法。

2  弯边问题及处理

既然称之为钣金件，必然就要涉及弯边的加工。在车间实际生产中，大部分弯边比较容易加工出来，但在计算机上进行三维实体模型设计时，由于软件功能的限制、对辅助弯边生成的二维元素的严格要求等因素导致弯边的生成并不很容易。建立钣金件模型要具备几大基本要素：首先在平面内作出一个完全闭合的草图，然后用航空钣金模块中的Web功能生成一薄板;其次就是要有生成弯边的支撑曲面，确定好弯边方向，输入弯边所需的高度值，这样可以直接便捷的做出可展开的钣金零件。即使具备了上述要素，如果不注意细节问题，同样导致无法实现弯边功能。如果出现问题，有下述几种情况。

2.1  曲面是否光顺

用来生成弯边的支撑曲面片要保证是一块完整光顺的曲面，不能是两块或多块曲面片的拚合体，即使用Join功能连结到一起也不可以。如果曲面片不连续光滑，甚至有阶差，就更不可用了。因此若出现问题首先要想到曲面是否完整光顺，经过曲面分析发现如果曲面不光顺，要先进行曲面光顺处理，即重新生成一块曲面片，但要注意保证处理的精确性，以免曲面失真太大，影响零件弯边外形。CATIA界面提示错误如图1所示。

2.2  曲面片是否过大

在飞机上大量使用的钣金件，几乎都要有一侧的弯边和飞机的理论外形相贴合。由于飞机理论外形曲面在局部区域曲率变化很大，如果生成弯边时直接采用很大一块曲面片，很容易出现由于曲面沿飞机航向方向曲率变化大从而导致弯边不能生成的情况。经验证明修剪支撑曲面片，使其沿弯边方向长出弯边实际高度10 mm左右即可，此外其伸出弯边两端的长度也不宜过大，一般为5 mm即可。特别当遇到沿机身框缘方向曲率变化较大处的曲面时，而且弯边段又不经过此处，一定要把多余的曲面长度裁剪掉，否则将会遇到问题;此外，如果弯边起始端和终止端的曲率很大，则需修剪曲面或自己做一个用来支撑弯边的曲面片，但要保证曲面片伸出弯边两端一定的长度，不能为零或太小，否则弯边功能无法实现。界面提示错误，如图2所示。

2.3  是否存在间隙

弯边支撑曲面片和要弯边的薄板边缘之间为零间隙或间隙足够小（小于0.5 mm），甚至边缘和曲面片相交，弯边都可以生成。若间隙值过大，CATIA界面就可能会提示出现错误，弯边生成失败。因此在确定弯边所需的支撑曲面片并完善之后，在作生成薄板用的草图时，需要弯边的轮廓线尽量要由该曲面片相交生成，这样才能保证生成的薄板边缘（需生成弯边一侧）与曲面片之间没有间隙，避免出现问题。如图3所示。

2.4  草图是否存在问题

草图是用来生成钣金件薄板的，是钣金件建模的基础。很多航空钣金件外形较复杂，如果弯边之后再进行各种外形加工比较困难，所以应在草图中尽量完成轮廓的外形要求，如果草图处理不当，也会导致问题的出现。例如：当需要弯边的轮廓和无需弯边的轮廓之间有位置差，要用圆角连结;但圆角半径要足够大，如果位置差尺寸过小，连结圆角半径小于最小钣弯圆角半径，则弯边不能生成。另一种情况是当两个方向不同但又相邻的轮廓边缘都需要弯边时，在草图中就要画出止裂孔，如果止裂孔半径过小，也会出现上述问题，所以止裂孔半径要大于最小钣弯圆角半径。如图4所示。

3  下陷问题及处理

由于大型飞机结构上有大量长桁的布置，使得钣金框或者钣金连接件经常涉及在弯边上加工下陷以躲避长桁的情况。建模时，CATIA V5软件的航空钣金模块中有直接生成下陷的功能，但能否顺利便捷的生成满足设计和工艺要求的各种尺寸的下陷，要受到很多因素的制约，其中包括需要所下陷的弯边是否完善、下陷起始平面如何确定、用来支撑弯边的曲面片曲率等。下面分别就5种情况进行简单的分析。

3.1  弯边的问题

钣金件的下陷一般都做在弯边上，所以在做下陷之前，先要生成弯边，而没有经验的设计员在生成弯边时很少考虑弯边之后应用下陷功能是否可行。当CATIA界面出现错误提示时，往往就是因为生成弯边用的支撑曲面片不够完善，没有进行光顺处理，即使碰巧弯边能够生成，但若在这样的弯边上再继续应用下陷功能做下陷，就会遇到下陷不能生成的情况。因此，如果我们设计的钣金件有下陷，在做弯边时就要注意细节问题，首先保证生成的弯边正规合理，为后续工作提供便利。

3.2  下陷起始平面的问题

这类问题涉及到的主要是起始面如何确定、在哪确定。按照飞机结构和装配要求，钣金件上的每个下陷都有其准确的定位，要想生成下陷，必须先确定一个起始平面。一般来说，我们在确定该平面位置时，都是在弯边上或者附近做出一平面，这样定位比较容易和直观。然而在生成这一平面时，若是用到了生成钣金薄板的草图轮廓线或者在已生成的弯边实体上提取点、线、面等二维元素来辅助生成下陷起始平面的话，则采用该平面做下陷是行不通的。其原因是下陷以后，钣金件的弯边轮廓已经变形，原来一些与之相关的二维元素已经无效，导致生成的平面不可用，自然而然下陷功能就不能实现。总之，为避免此类问题的发生，在生成下陷起始平面时，不能图方便，采用已生成三维实体上的元素。否则就会出现问题，如图5所示。

3.3  生成弯边的支撑曲面的曲率问题

除了上述两种情况之外，也就是认为弯边和确定起始平面都没有问题时，如果遇到下陷不能生成的情况，原因可能是弯边曲率变化太大，而给出的下陷深度不合适，下陷长度太小，所以无法实现下陷功能。解决的办法可以考虑在工艺允许的情况下更改下陷深度和长度。

3.4  下陷生成的先后顺序问题

当一个曲率变化较大的弯边上有多处下陷时，做下陷的先后顺序，即选择从弯边的两端的哪一端开始也是要考虑的问题。有时候从这一端开始做不出来，可以考虑从另一端开始。一般而言，应该从曲面较平滑，曲率变化较小的一侧开始依次做下陷，而且要把已经生成下陷的弯边作为下一个下陷的基础弯边，然后再做下陷;但值得注意的是要重新确定一个平面作为新下陷的起始位置或终止位置。

3.5  止裂孔大小的问题

如果相邻的两个弯边端头都要做下陷，也会遇到问题。当预留的止裂孔不够大，而弯边所需下陷深度又较大时，下陷会使弯边端头的变形程度超出止裂孔预留空间，导致此处的下陷不能生成;此外下陷失败还会影响到相邻的已生成的弯边和下陷，导致其失效。遇到这种情况时可以考虑修改草图中止裂孔半径的大小，使其足够大。

4  结  语

CATIA V5软件中的航空钣金模块的功能是比较复杂的，作为一名应用该软件的设计员，要做到准确地掌握其功能并熟练地应用于实际的零件设计工作中，必须具备全面的知识和丰富的经验，并掌握一定的技巧。以上就是笔者在长期建模工作中积累总结出来的一些经验和技巧，仅供参考。

参考文献：

[1] 尤春风.CATIA V5机械设计[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2] 尤春风.CATIA V5高级应用[M].北京：清华大学出版社，1996.

[3] 中航工业沈飞制造工程部.工艺员手册第二分册“模线样板”[Z].沈   阳飞机工业（集团）有限公司内部资料，2009.