CATIA 在飞机相似钣金件工装设计中的运用

◎李飞

CATIA 与传统的 CAD 以及 CAM 系统并不一致，此软件融合了多种现代软件工程思想，系统结构体系已形成规模，且系统结构合理、构建思路清晰，并且系统的可拓展性较强，可以根据用户的需求而进行钣金件相似零件加工方案的制定，在飞机钣金件相似零件设计与加工中具有较高的应用价值。

一、CATIA 在飞机相似钣金件工装设计中的应用价值

在飞机设计与制造过程中，融合了多种科学技术，在新型飞机制造时，并不是所有部件都需要重新设计，部分零件可在同类机型的基础上进行改进，因此，在不同型号的飞机上，相同结构部位的零件较为相似。钣金件制造时受到工装制造精度的限制，其在飞机外形制造以及内部结构制造当中应用较为广泛。传统机型的工装生产时主要采用批量生产的方法，但由于生产过程中数字化程度较低，无法对钣金件的数字量尺寸进行精准传递。而在CATIA 软件诞生后，可实现传统钣金件工装的改造使用。通常在钣金件成形时，销钉孔的作用是在工装上进行展开毛料位置的确定，因此可通过提取相似钣金零件销钉孔的方式实现一个工装的共用。工装利用率得以有效提升，且可加快钣金件加工进度，也可降低加工成本。在数字量传递模式下，可实现飞机几何形状及尺寸的精准传递，可有效提升飞机钣金件加工制造的精确度，可实现数字化与现代化的飞机制造。

二、CAITA 系统

CATIA 是法国 DassaultSystem 公司设计开发的，得到BIM 全球支持并由BIM在全世界各地销售的CAD/CAM/CAE 软件系统。它广泛应用于飞机、汽车、航天和机械领域，Boeing 公司利用CATIA 实现了波音77 的“无纸”设计与制造。CAITA在我国航空制造业也有多年的应用基础，已成为航空工业的主流CAD/CAM 系统。

CATIA 是一个功能齐全的二维和三维CAD/CAM/CAE 系统，根据工业生产的主要工艺过程，可提供用户从概念设计、风格设计、详细设计、工程分析、设备及系统工程、制造以及应用软件开发等面向过程的设计思想及解决方案，它采用1-15 次贝齐尔（Bezier）曲线曲面和非均匀有理B 样条造型方法，具有很强的三维复杂曲面造型和编程能力，适用于飞机、汽车等复杂机械产品外形几何设计和数控加工编程，提供统一的用户界面、数据管理、完全兼容的模块数据集和应用程序接口。它主要运行在 BIM RISC/6000、HP、SGI 等工作站上、AIX 等 UNIX 操作系统下，支持 Fortian 和C 编写的应用程序

三、在飞机相似钣金件工装设计中CATIA 的具体运用分析

随着计算机辅助设计和计算机辅助制造技术的迅速发展，通过数字量传递飞机形状和尺寸也得到了广泛的应用。利用CATIA 进行二维数据、三维数据之间的转换，从而实现钣金零件相似件工装的共用。在钣金相似件工装的共用要点在提取出被借用件工装的销钉孔，并将销钉孔用于借用件的二维或三维数据中。

1.两个相似件都存在数模。

在生产实践当中，传统飞机零件数模逐步建立，其销钉孔的定位较为准确，与工装是一致的，因此零件与工装的贴合度较高。通过CATIA 系统进行销钉孔提取，可将之复制粘贴于所参照的工装件数模上，再展开新机型钣金件的销钉孔，进而产生下料的展开件，并以此作为数控下料的参照数据。在展开件的基础上，只需进行销钉在工装上的固定即可完成钣金件的生产。运用CATIA 可实现三维向二维的转换，进而实现传统工装与新零件数据链接的有效构建。

2.借用工装件有数模且被借用工装件无数数模。

大部分传统机型并没有数模，设计时主要是用图纸或模线样板作为尺寸传递的主要方式。生产时，会在样板或工装的基础上通过手工制造出下料件，并在其上进行与工装相匹配的销钉孔的制造，进而完成钣金件加工。

（1）被借用件有二维数据。

如果被借有件的二维数据较为完备，则可直接复制这些数据进行展开件下料，将之粘贴于借用件的结构树下即可实现销钉孔中心位置的确定，进而实现销钉孔的借用，即完成了工装借用过程。

（2）被借用件无二维数据。

如果被借用件有下料展开件但是却没有电子版的模线，那么可以通过二维方式进行展开件扫描，并将所得数据生成DXF 文件并于CATIA 系统中打开，之后就可按照借用件有二维数据的方式继续进行工装借用处理。如果被借用件的下料展开件及电子版模线都没有的情况下，可使用三维方式对现有的工装进行扫描，在手持式激光扫描仪的辅助下完成工装三维数据的获取，使用两个工业相机拍摄激光点在扫描件表面的空间位置，再利用系统自带的软件计算出各个点的相对位置，从而得到能够反映工装轮廓的点云数据。通过CATIA 逆向建模，生成工装的三维数据。销钉孔也由点云数据构建曲面而形成，然后应用到借用件中，这样的两个相似件就能共用同一个工装了。

3.两个相似件均无数模。

如果借用件与被借件用都没有数模，那么可采用三维的方式进行被借用件或其工件的扫描，进而在CATIA 的辅助下实现逆向建模，进而完成诞生数据的数字量传递过程。

结语：应用CATIA 软件，在三维扫描仪等设备的辅助下可以借用传统的相似钣金件工装进行新机型钣金件的生产，此软件的应用可实现批量进行不同机型钣金零件的生产，同时也可达到生产费用有效降低的目的，零件加工更加高效、快捷。同时通过数字量方式可实现飞机几何形状及尺寸向生产过程的精准传递，加工精度得以提升，实现了传统机型工装的数字化生产。CATIA 软件在飞机制造中具有较高的应用价值，可基于传统机型进行新机型的制造，进而实现飞机制造的数字化。