数字化环境下模线样板在装配工艺中的应用

霍奇

摘  要：模线样板能够保证飞机制造所用各类零部件的标准化，为后期零部件的装配和产品的正常使用奠定了基础。近年来，飞机设计制造中对于零部件产品的性能要求更加严格，为了进一步提高模线样板的设计水平，必须与时俱进的引进数字化、信息化技术。本文首先概述了飞机装配工艺中模线样板的重要作用，随后就数字化环境下模线样板的设计流程和实际应用展开了简要分析。

关键词：模线样板;数字化环境;装配工艺;设计流程

引言

数字化环境下飞机模线样板设计技术也得到了优化，现阶段模线样板设计中常用的技术为MBD技术，它能够通过建立仿真的3D样品，更加完整、真实的反映样板产品的参数、规格、设计信息等，为后期实物生产和整机装配提供了必要的支持。因此，模线样板设计人员必须要根据工作要求，合理选择数字化、信息化技术，优化模线样板设计流程，更加完善的体现飞机各类组件的装配信息，为设计、装配等工作的开展提供便利。

一、装配工艺中模线样板的作用

模线样板的设计是飞机制造的首要环节，通过模线样板设计出高精度、高标准的零件，才能确保这些零件装配后能够相互协调运作，保证飞机各方面功能的正常使用，以及运行的安全性。在装配工艺中模线样板的价值主要体现在两个方面：其一是为产品制造提供了一个标准化的模板，明确了零部件的尺寸、规格、材质以及其他详细参数，降低了零部件的残次品率，对提高工作质量有明显作用;其二是方便进行流水化生产作业，批量化的制作各类零件，特别是对于大中型的飞机，整机装配中所需零件较多，使用模线样板也能够加快工作效率，对节约成本、维护本单位利益起到了积极影响。

二、数字化环境下模线样板的设计流程

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。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，此类零件多為角材或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。

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、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。这种设计的优势在于后期不需要重新投影，更改装配模线时也无需重新绘制，减轻了设计压力，提高了工作效率。

3、应用CATIA装配模线的绘制

第一步，在计算机CATIA软件中打开所有的设计组件，并且按照“Product”形式打开。单击每个组件，可以发现在组件旁边的文本框中显示组件的详细信息。技术人员要检查一遍信息，确定不存在问题。如果有个别参数存在较大误差，还需要重新修改组件信息，确定不存在问题后执行第二步操作。

第二步，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。

第三步，重新创建一个空白窗口，然后在该窗口中按照设计要求，将各类三维模型图进行拼接和组装。完成组装后，设计人员通过仿真运行，检测该装配模式下零部件是否存在问题，有问题的需要继续更改和优化。确认无误后，将所有零件以“正视图”的形式导出。

三、基于三维数模技术的模线样板应用优化

1、利用制造数据集进行模线样板设计

以往的模线样板设计中，设计人员需要人工确定装配孔、定位孔的直径、位置等参数，一方面是任务量繁重，另一方面是人工作业容易出现较大的误差，影响了设计产品的精确度，后期如果达不到设计标准，需要花费时间进行重新调整，无形中增加了设计成本。而在数字化环境下，使用三维数模进行模线样板设计，则能够解决此类问题。设计人员只需要将装配孔的直径、深度（高度）、工艺余量等参数，输入到软件中，就可以自动生成可以用于制造零部件产品的“制造数据集”。这样设计出来的产品，无论是在精确度上还是整体协调性上，都能够满足设计和装配需要。

2、将二维展开图形在三维数模中体现

在进行设计钣金类、蒙皮类零件时，常用二维展开数据的形式。但是这种设计模式也存在缺陷，例如不能准确、全面的体现零件的参数。在数字化环境下，运用计算机软件将二维展开图转化为三维数模，一方面是能够更加直观的显示数据模型的各方面参数，另一方面是能够加快设计速度。对于其他结构较为复杂，或是形状不规则的零部件，使用三维数模还能够360°的展示零件的各个部位，这样才能设计出精确化的零件，优化了模线样板的设计效果。

3、将零件状态表和孔信息等技术信息融入到三维数模中

在二维平面环境下进行模线样板设计，零部件表面的孔、槽等信息，也只能用线条来表示。但是在三维数模中，则可以采用更加立体、直观的形式表达出来。以零件工艺孔为例，在三维数模下工艺孔的直径、深度以及装配等，可以通过两种形式表达出来：一种是通过在数据库中更改数据信息，确保实际参数符合模线样板设计要求;另一种是计算机绘图的方式，先设计出零件模型，然后再进行调整，最终符合设计要求。无论采用哪种形式，都要将设计零件的表现信息体现在三维数模中，提升最终的模线样板设计质量。

4、将三维数模与零件实际加工过程相结合

三维数模设计完毕后，还要将设计数据导入到数控机床的控制器中，制作零件样品。然后设计人员要检查实际加工形成的产品与三维数模参数是否有出入，如果存在精确度不达标的问题，应当在确定问题原因后，重新调整三维数模的参数。如果参数不存在问题，但是实际加工生产的零件仍然存在问题，则需要检查数控机床的刀具、材料等是否存在缺陷。经过反复修改后，确保最终加工制作的零件能够满足装配需求。

结语

在激烈的行业竞争下，对飞机零部件的加工制造提出了更加严格的要求，通过运用数字化技术，既可以提高模线样板设计与制造的效率，又能够保证最终设计产品的精确度达到要求，避免了重复设计造成的资源、成本和时间浪费。设计人员要熟练运用三维数模技术，掌握各个设计流程中的技术要点，充分发挥数模设计的应用优势。此外，随着计算机技术的发展和数字化环境的改善，模线样板在装配工艺中的应用也会得到优化，为飞机零部件的设计与制造提供更多的方便。

参考文献

[1]王晶.数字化条件下飞机模线样板设计过程中的品质风险控制[J].装备制造技术，2013（4）：123-124.

[2]王声，苏卫华，肖望东.数字化标准工装在飞机工艺研制中的研究与应用[J].现代制造工程，2014（6）：104-108.