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飞机钣金零件的计算机辅助设计与应用

更新时间:2020/4/22 16:01:22 点击数:149

1.引言

计算机辅助设计(Computer-Aided Design)和计算机辅助制造(Computer- Aided Manufacturing),简称CAD/CAM,是指以计算机为主要技术手段来生成和运用数字信息,以进行产品设计和制造。用计算机辅助设计制造飞机钣金零件,从零件的设计开始,需经过展开、排样,到剪切、折弯、成形等一系列控制。

2.钣金零件的计算机辅助设计与展开

钣金零件一般可分为三类:平板类,即一般的平面冲裁件;弯曲类,即板料弯曲或弯曲加工成形构成的零件;成形类,即板料由拉伸等成形方法加工而成的规则曲面类或自由曲面类零件。对于各种规则形状或复杂飞机钣金零件的设计、展开,可划分为基于CAD/CAM二维手动绘图的方法和CATIA三维自动展开两种方法。

根据钣金零件特点,几何造型方法有2D钣金件的几何造型和3D钣金件的几何造型。各种CAD/CAM系统的造型功能和方式不尽相同,简单的造型方法只用规则的面、体造型;复杂的造型方法具有高级的曲面造型和实体造型功能,如3D钣金零件设计应用全参数化及基于特征造型的技术,提供如扫描、提拉、曲面成形、切割等功能。

复杂曲面钣金零件绘制时,不同的零件造型,选用不同的软件进行展开图的绘制,特殊情况时,需采用多种绘图软件相结合的方法进行,确保钣金零件的准确、无误

3. 钣金零件计算机辅助排料系统

3.1排料系统简述

该主要功能是根据批次零件的材料、厚度以及板材规格等条件,列出所有该批次要生产的零件,同时该系统将根据原材料牌号和规格、待输入待排零件的名称和个数及原材料板材的长宽等相关排样参数,采用最低水平线搜索排样算法,来完成零件自动排料功能,并生成排料结果图信息。排料完成后,该系统还可以在排料结果图中,对排料未充分利用的原材料空隙区域,采用人工干预的方法排放能放的下的所需生产的较小零件,以达到充分利用原材料板材的目的。

不同的排样系统的具体功能操作可能不同,基本包括:①选择板料,从板材库中选取供排样的板料,包括标准规格的板料及以前用过一部分的剩余板料。②指定坯料块,从钣金零件展开后建立的坯料块库中指定要参加排样的坯料块种类和各类要复制的块数。③优化排样,在选定的板材上就指定的板料块及其数量排样。④排样编辑,对参加排样的坯料块进行预处理或对排样结果进行干涉检查、手工调整,必要时决定重新排样。⑤排样结果输出,包括输出排样结果图记相应的数据文件、材料利用率、下料计划报表等。

3.2 计算机排料系统案例分析

自动排料系统简单、方便、快速,它是将同一材料、同一规格的零件存入排料系统库中,只需注明各零件的件数,系统再自动生成排料图即可;而手动排料时,在CAD绘图中可根据零件数量进行可控排序,排料整齐有序,对原材料的利用率高。下图是对于材料规格为1Cr18Ni9Ti、厚度为2mm、尺寸为1220mm×2440mm的板材,其排料图如下图所示为自动、手动相结合的排料图。

从上图排料图结果可以看出,白色部分零件为自动排料结果,绿色部分零件均是手动添加排料的,采用手动与自动排料相结合,充分利用了其内部空白区域,其利用值达到了近95﹪以上,两者相结合,排料快速、规范,降低了原材料成本,生产效率提高了近1倍。

4.计算机编程指令

4.1 数控激光切割Shape2000软件编程步骤

拿到图纸→看图、识图→CAD绘图(需要化展开图的进行展开图绘制)→校对展开图→把图形生成DXF格式并存入图形文件库→打开Shape2000编程软件→导入图形进行程序编辑→生成a文件→生成n文件并保存n文件到程序文件库,便于往后查阅。

4.2 数控激光切割编程优化

数控激光切割工艺需要确定零件的材料、厚度、尺寸大小及不同材料和不同厚度的板材规格,一般碳钢,厚度为1mm的板材规格是1000mm×2000mm;厚度为2mm、3mm的规格是1250mm×2500mm等;不锈钢,厚度为1mm、2mm的板材规格是1220mm×2440mm等。

在编程序前要在CAD绘图中需要对图形进行手动排料,找到最节省材料的排料方法,但在CAD手动排料是,由于绘图过程中对图形的旋转、对称,导入Shape2000编程软件中的图形,部分走到路线方向与正确的编程的走到路线方向相反,这就必须在Shape2000编程软件中一个个修改,较为麻烦,也比较浪费时间,所以在编程过程中可以按以下优化方法进行:

①将批量生产的零件在CAD绘图中可以排料一个图形,再导入Shape2000编程软件中,并对导入的零件进行走到路线及引线的设置,并合并成一个整体。

②在Shape2000编程软件中,根据要求对该零件进行自动排料。

③生成程序,并存入程序文件夹内,便于以后调用。

  通过对图形的合理排料,优化编程,节省了编程时间,加工时间,同时减少了加工气体用量,降低了生产成本,提高了生产效率。

5.结束语

以生产实践中的飞机钣金件为例,将计算机辅助设计与制造﹝CAD/CAM﹞、CAD二维绘图、CATIA三维绘图、计算机优化排料、shape2000编程软件应用于飞机钣金零件的生产加工中,从绘图、排料、编程三个方面分析,这几种软件相结合运用,不但能够快速提高工艺人员的工作效率,且能降低生产成本,提高生产效率。

参考文献:

1.钣金展开图解与计算 堂忠库 编著 辽宁科学技术出版社

2.CATIA V5R21曲面设计教程 北京兆迪科技有限公司 机械工业出版社

 

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