飞机钣金零件二维展开视图自动标注弯边角度系统

沈阳航空航天大学 刘宝明 韩志仁

我国航空钣金零件大多用法国Dassault公司的CATIA建模，CATIA提供的航空钣金模块虽然专门针对航空零件，但生成钣金件二维展开视图时不能生成弯边角度线，也不能进行弯边角度值的标注。因此长期以来都是采用手工的方法，即必须手动在三维模型上确定各切面位置，切取大量的切面后分析角度。生成二维展开视图时，须将切面位置测量到二维视图上，按三维空间分析得出的角度值在相应的切面位置标注弯边角度值。特别是0°角的位置需经多次试切才能找到，浪费大量时间，同时0°位置可能是近似的。

针对这一现状，本课题组开发了基于CATIA环境下的飞机钣金件二维展开视图自动标注弯边角度系统，主要用于机身与机尾翼零件的二维展开，能够实现生成二维展开视图后按规定的间隔(如30'或1°)直接生成各弯边角度值位置点及角度值标记，自动标出0°角位置，并在零件边缘标注角度值。本软件系统采用CAA(Component Application Architecture)进行CATIA的二次开发，使软件内嵌于CATIA V5平台，与CATIA实现无缝结合。

1 系统设计

1.1 生成角度线的规则

不同类型的零件需要采用不同的算法，因此有必要对零件分类，按照不同的规则生成弯边角度线。对于双曲面的机身零件采用割线斜角，对于直母线的机尾翼中，采用切线斜角，如图1所示。

图1 弯边角度示意图Fig.1 Diagram of curve edge angle

1.2 系统总体结构及各功能模块

系统采用模块化的设计方法，每一模块具有独立的功能，且又组成一个有机的整体，方便系统优化与完善，结构如图2所示。

1.2.1 几何信息拾取及预处理

此模块根据CATIA的拾取及CAA的交互功能，主要完成系统计算所需的几何信息的拾取及预处理，按所处理的零件类型，分别从原始零件图中拾取计算所需几何元素，如腹板、弯边内(外)型面和各表面的外延线，以及弯边外型面的顶点等。在此模块中利用函数完成提取表面的外插延伸，求其交线，即内(外)型交叉线，并分别存储。

1.2.2 弯边角度计算

弯边角度计算模块主要完成如下功能。

(1)根据用户输入的截面个数将内(外)型交叉线离散，并生成曲线的法平面，对零件进行切分。

(2)求出截面与腹板面和弯边面的交线，进而根据交线及弯曲角生成规则求出弯曲角。

(3)根据用户输入的间隔角度大小及允许角度误差参数，对求出的各截面处的弯曲角进行排序筛选，去除多余的角度值，只保留必须的数据。同时删除多余角度位置对应的截面线。

图2 系统结构Fig.2 System structure

1.2.3 钣金件二维展开图绘制

二维展开视图的绘制采用CATIA钣金模块的展开命令展开原始钣金件，再投影到二维图纸空间中完成。由于直接将展开的钣金件投影生成的视图会出现多余线条，并且无法得到所需的角度线，故此模块采用投影曲面的方法，实现步骤如下。

(1)展开原始钣金件。

(2)由程序提取展开后零件的外表面，并在角度线位置根据保留的截面线拉伸为投影辅助平面。

(3)建立新的Part文件并将所有辅助面拷贝至该Part文件中。

(4)建立CATDrawing文件，将新建的Part文件内的辅助面做正投影，生成二维视图。

(5)在角度线位置标注角度值。

2 VC++环境下交互式工程的建立

CAA下CATIA的二次开发有2种模式，即交互式和批处理[1-2]。采用批处理式的开发方法不需要启动CATIA软件，直接将零件数模读入内存进行处理，由于本系统需要与用户进行交互得到数模中指定的几何元素，故此方法并不适用，应采用交互式开发方法。

下面以Visual Studio.net 2003环境下对CATIA V5R16进行二次开发为例，介绍建立开发工程的关键步骤。

2.1 建立Addin工程

建立新的CAA工程后，添加新组件，在可用C++接口列表中选择CATIPrtWksAddin，系统会自动建立新的Addin类，并生成该类的头文件(*.h)与实现文件(*.cpp)，当用户启动CATIA软件，打开Part零件时会调用该类的特定函数，完成初始化过程。

2.2 建立功能菜单及工具条

用户使用本系统对零件数模进行处理时，应根据需要完成的内容选择相应的菜单或工具条中的按钮，菜单与工具条的初始化是在上述生成的文件中完成的。实现方法如下。

(1)重载CreateCommands()函数，并在该函数中注册新的命令，如下语句在系统中注册了CalAngCmdHdr命令。

new C A T A u t o D r a w A n g W k b C m d H e a d e r("CalAngCmdHdr", "AutoDrawAngModule",

"CalAngCmd", (void*) NULL);

(2)重载CreateToolbars()函数，并在该函数中添加菜单项和工具条，代码如下：

//创建新工具条

NewAccess(CATCmdContainer,pAutoDrwAng,"自动标注角度");

//添加第一菜单项

NewAccess(CATCmdStarter,pPickMsg,PICKMSG);

SetAccessCommand(pPickMsg," PickMsgHdr");

SetAccessChild(pAutoDrwAng, pPickMsg);

//添加第二菜单项

NewAccess(CATCmdStarter,pCalAng,CALANG);

SetAccessCommand(pCalAng,"CalAngHdr");

SetAccessNext(pPickMsg, pCalAng);

……

//创建新菜单

NewAccess(CATCmdContainer,pMenu,CATUserMainb ar);

NewAccess(CATCmdContainer,pCATUserMainMenu,自动标注角度);

SetAccessChild(pCurveM,pCATUserMainMenu);

……

SetAddinMenu(pAutoDrwAng, pMenu);//添加系统菜单

AddToolbarView(pAutoDrwAng,1,Right);//添加系统工具条

3 标注实例

图3为飞机弯边零件的三维数模，包括4个弯边，分别为直弯边和曲弯边，使用本软件处理后得到的二维标注视图如图4所示。

图3 零件三维数模Fig.3 Parts 3D digital model

图4 展开后的标注视图Fig.4 Flat pattern dimensional view

4 结论

本文提供了一个飞机钣金件二维展开视图自动标注弯边角度系统，能够对机身、机尾翼等各种复杂零件的弯边二维展开图自动生成角度线位置，并按预定规则进行角度值的标注。处理结果满足企业要求，实现了零件处理的自动化，从而缩短了飞机生产准备周期。

[1] 张敏,苏兰海,王君英.基于CAA的CATIA用户自定义特征创建.机械设计与制造, 2008(9)：87-89．

[2] 龙峰,樊留群.CATIA V5二次开发技术探讨.淮阴工学院学报 ,2005,14(5)：21-27.