基于NX的试验工装三维自顶向下设计方法研究

2020-08-11杨博吕颂王小蒙沈跃

工程建设与设计 2020年14期

杨博，吕颂，王小蒙，沈跃

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

1 引言

智能设计是现代化设计与制造的突出特点，与传统CAD理念的重要区别是其完全基于自顶向下的正向设计过程。所谓自顶向下设计，简单来说就是在装配环境中进行零部件设计，通过定义零件之间的相互关联参数，可以实现零件内部和零部件之间全部相关参数的修改，从而提高产品质量和设计效率，同时还可以降低成本[1～3]。在国内的应用据调查最早开始于十几年前，并且在舰船、兵器及工程机械的各个领域均有应用[4～6]，而在航空航天，特别是试验验证领域的应用却鲜有报道。本文将自顶向下的设计方法应用于试验工装的设计，填补了相关科研领域的空白。

2 三维自顶向下设计方法

三维自顶向下设计是通过建立顶层设计方案规划，并逐级向下传递，作为下一级设计准则的设计方法，使整体设计方案最终形成一条完美的闭环链条。该方法通过定义总体与部件、部件与零件及总体与零件间的相互关联参数，可以实现总体与部件、部件与部件、部件与零件及零件与零件之间的重要特征参数联动。具体功能主要通过wave部件间链接器实现。

以航空发动机涡轮冷却效果试验工装的设计为例，自顶向下依次为总体层（950总图），部件层（试验件、801转接段、802试验段、803排气段及804采用3D打印工艺的集气盒组件），零件层（每个部件下罗列了相关重要零件从001前支板到026右陪衬件导流盒）。建模时，首先建立950总图，接着在其装配模块下插入给定的试验件模型，并新建部件801～804，所有部件均采用试验件模型的基准，然后依次在各个部件装配模块下新建相应的零件模型001～026。至此三维自顶向下设计方法的结构模型骨架已搭载完成。

这一部分工作内容主要关注自顶向下设计框架结构的搭建及所有模型零部件基准的统一。

3 详细设计的基本流程

进入详细设计阶段的重点设计内容就是用wave部件间连接器创建各模型间的重要特征尺寸关联，以航空发动机涡轮冷却效果试验工装的详细设计为例，如图1所示。首先需要对001前支板进行建模，接着利用wave部件间链接器传递特征参数下缘板弧长、半径及厚度对002前支板支撑条进行建模，同样的方法建立003后支板及004后支板支撑条。接着通过传递叶栅截面重要特征尺寸及进气角建立005试验段进口内套，建立006试验段进口外套依托的重要特征参数为叶栅截面尺寸、进气角及试验段进口内套的长度，同样方法建立007试验段出口内套及008试验段出口外套。然后根据前支板与后支板的重要特征参数传递依次创建009顶板、010底板、011左侧板及012右侧板。最后创建013试验段进口法兰和014试验段出口法兰，他们的特征参数传递母体分别为001前支板、005试验段进口内套、006试验段进口外套及003后支板、007试验段出口内套、008试验段出口外套。至此802试验段部件下的重要零件基本创建完成，依照同样的方法可以创建另外3个部件下的零件，这里不再赘述。在详细设计过程中重要特征参数均进行参数化变量命名，方便后期模型适应性调整。