样板在MBD技术飞机装配过程中的设计与应用

李阳 袁峰

摘  要：文章探讨了关于MBD模型的飞机模线样板的设计，介绍了装配模线设计对提高装配协调互换的重要作用，阐述了应用CATIA进行装配模线设计的全过程，证明了装配模线设计可以较好地提高样板质量，并且适应新机型研制发展的趋势。

关键词：MBD模线样板;装配模线;互换协调;装配;定位

中图分类号：V262.32    文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）35-0001-02

1  概  述

模线样板是飞机从设计到制造之间的桥梁，是飞机制造过程中保证各类零、组、部件尺寸协调的主要手段。CAD技术的发展，使得产品设计和模线设计正在逐步靠近，模线设计已可直接调用产品的图形信息。解决装配过程中的协调互换问题的其中一方面，就是提高模线样板的设计水平，使其更好的辅助生产。

随着飞机数字化设计技术的发展，在新机研制中不断浮现新方法和新技术，无图设计已经在新机研制中崭露头角，直接依据三维数学模型开展工艺设计，指导装配生产，完美地改善了协调互换性能，是未来飞机研制生产的趋势。

目前研制的新机型大多采用MBD（Modle Based Definition）

技术，即基于模型的工程定义，是一个集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，它以参数形式涵盖了产品尺寸、材料、设计信息、公差及其他信息。MBD技术的生产预示着飞机无图时代的开始。基于MBD技术的飞机装配生产协调问题，是研制生产部门需要重点考虑的问题。

如何发展模线样板设计，以适应无图设计的主流趋势，使模线样板更完美地实现飞机生产装配过程中的协调互换，是作为模线样板设计者面临的一道新课题。

模线设计是样板设计的第一步，是直接将三维数学模型转换成二维图纸的重要手段，是样板设计成功与否的关键。MBD技术下，不仅在一个模型中体现单一零件的生产信息，还可以在一个模型中体现飞机组件的装配信息。这为设计装配模线提供了前所未有的便利条件。

采用装配孔定位是飞机常用三种定位方式之一，其他两种方式分别是：工装夹具定位和划线定位。装配孔，是工艺孔的一种，是装配组合件时，用于确定零件相互位置的。采用工装夹具定位相比，要花费较多的时间在设计工装上，尤其是在新机研制生产过程中，大大地加长了研制周期。由于飞机的气动曲面设计，划线定位许多时候无法满足定位要求。因此，在新机研制中较多的采用了装配孔定位的方式。模线样板作为钻制装配孔的依据，如何将装配孔准确无误地表现在模线上，保证零件之间装配协调，就需要合理地设计装配模线。

所谓装配模线，是指在同一模线中体现装配组件之间的相对位置，并包括装配孔等工艺信息，确保零件之间互换协调。装配模线是结构模线的一种，它不同于普通零件模线，其区别在于：装配模线可以同时表示两个或多个零件，且符合三维装配的空间定位;普通零件模线，仅表示单一零件。采用MBD技术后，装配信息在一个数学模型中涵盖，大大提高了设计装配模线的效率。

如何确定是设计零件模线还是装配模线呢？当零件之间由装配孔定位时，设计模线样板采用装配模线，采用其他定位方式时，设计零件模线。因为，设计装配模线相对零件模线要复杂，设计周期长，装配组件中如果包括长生产周期零件，其完成进度会受到影响，进而影响整个机型的研制周期。

那么，既然设计复杂，为什么我们还要设计装配模线呢？其实，采用单一零件模线设计，也可以体现装配孔的工艺信息，但是由于以下几种因素，使得装配模线更显优势：

首先，设计装配模线能够更直观地表示零件之间的装配关系。

其次，装配模线提供的装配孔位能够保证零件之间的相互协调。

再次，提供装配模线，能够提高样板的协调性。

最后，避免由于人为设计习惯，投影面取法不统一，导致装配孔不协调，保证了样板的设计质量。

2  装配模线的设计过程

下面以几个设计装配模线为例，对设计装配模线时需要注意的问题进行阐述。

2.1  装配模线投影平面的选择

按照装配车间提供的零件供应状态表，设计装配模线时，首先要确定投影装配模线的平面，其情况有两种：一种是组件中所有装配孔位于同一平面的，模线取在装配孔所在平面或其平行平面。如图1所示。

另一种情况是装配孔位于两个甚至多个平面内，在一个平面内无法表示完全的，选择形状较大的零件腹板面未投影面（通常也是部分装配孔所在面），其他在此投影面无法表示的装配孔，另外在其所在平面投制模线，此类零件多为角材或T型材，其两个面与其他零件用装配孔定位，这类零件至少要设计两块样板。如图2所示。

2.2  绘制装配模线需要表示的要素

绘制装配模线，除了要投影出组件中各零件的外形，和装配孔、销钉孔、余量等工艺信息以外，还需要表明零件图号、样板品种及编号、轴线名称等信息。

为了适应机型研制后期供应状态的更改，通常在设计装配模线时，不仅仅表示工艺孔，对于设计提供的非工艺孔，也予以表示，以便日后更改时选用。工艺孔会在十字线上标明工艺孔类型，而非工艺孔则仅以十字线表示。如此设计，可以省去样板更改时重新投影和绘制模线的步骤，而且可以提高工作效率。如图3所示。

另外，装配模线通常表示各零件在投影面的外形，对于生产既需要外形又需要展开样板的零件，将展开另行设计模线，而不是按照普通模线设计时，将外形和展开设计在一起。原因是，为了是装配模线的线条清晰，容易理解，避免产生误解。

2.3  应用CATIA装配模线的绘制

经过分析已确定投影面和投影要素，接下来介绍装配模线的投影过程。

首先，将要设计的组件以装配（Product）模式在CATIA中打开，其中包括表示孔信息的文件，确定组件中零件状态均为最新版本，且零件没有缺漏。

其次，在Product模块下，进入草图编辑器，借助“投影三维元素”命令，逐个投影零件外形，及各空间点和相关轴线。投影结束后退出草图编辑器。草图编辑模块投影三维元素，如图4所示。

最后，创建新的绘图窗口，并在绘图窗口中，应用工具“正视图”并在装配窗口选择投影平面，即可轻松将装配模块下的组件，以二维图形式转换到绘图模块下。刚刚转换过来的二维视图与装配模块仍保持链接，设计者可以进行自检，对检查出来的问题，在装配模式下更改完成后，在绘图模块只需“更新操作后就与其一致了。待确定设计无误，元素涵盖全面后，即可将绘图模式下视图做“隔离”处理，隔离后的视图与装配模块断开链接。继而完成了装配模线的投影工作。

完整的装配模线还需要有完整翔实的标注信息，标注是绘制装配模线的重点之一。在标注时应注意以下几点：

第一， 确保工艺孔位置和数目与供应状态一致，工艺孔类型标注明确。

第二， 零件图号标注准确无误，注明轴线名称。

第三， 指引线类型一致，尽量保持在同一直线上，排列整齐，避免指引线交叉。

完成的装配模线，如图5所示。

3  总  结

随着产品生产数字化的不断发展，基于三维数学模型的生产方式将逐渐替代依据二维图纸生产模式，如何迎合数字化发展的趋势，设计制造满足无图化生产需求的模线样板，使其更有效的发挥协调互换的重要使命，是摆在工装设计部门面前的一道难题。

本文介绍的装配模线的设计，则是依据三维数学模型的装配模型，将装配组件以1：1的比例绘制聚酯薄膜上，作为生产和检验样板的依据，解决了在设计具有装配孔的样板时，由于设计不合理或设计错误，引起的装配孔不协调。在产品供应状态需要更改时，能够在最短时间内对样板进行更改，满足紧张的生产需求。装配模线的设计，减少了由于样板协调问题，导致飞机在装配时无法开展的问题，较好地提高了生产和装配的效率，保障了产品的质量，更确保了新机研制项目的顺利进行。

参考文献：

[1] 宋潇.MBD技术在飞机结构件数控加工中的应用[J].工程建设与设   计，2012，（9）.