葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)zui為關(guān)鍵的零件之一，其型面質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率起決定性作用，因此葉片質(zhì)量檢測(cè)非常重要[1]；另一方面，葉片結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜，其型面質(zhì)量檢測(cè)具有相當(dāng)?shù)碾y度。在生產(chǎn)實(shí)踐中，葉片型面檢測(cè)需要設(shè)計(jì)的測(cè)具。在以前的葉片型面測(cè)具設(shè)計(jì)過(guò)程中，每次設(shè)計(jì)同一類葉片測(cè)具時(shí)，都會(huì)做許多重復(fù)工作，如定位尺寸的計(jì)算及檢測(cè)截面的生成等。本文結(jié)合某航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司的實(shí)際需求，研究參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)特征提取、自動(dòng)裝配等技術(shù)，在unigraphics平臺(tái)上，應(yīng)用二次開發(fā)工具ug/open開發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面測(cè)具的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)不同尺寸的相似結(jié)構(gòu)葉片實(shí)現(xiàn)型面測(cè)具的快速設(shè)計(jì)，生成相應(yīng)的二維裝配圖和零件圖，達(dá)到設(shè)計(jì)重用、提率的目的。
目前葉片的測(cè)量方法主要包括樣板法、光學(xué)投影測(cè)量法、電感測(cè)量法、三坐標(biāo)測(cè)量法、激光測(cè)量法和機(jī)器視覺(jué)測(cè)量法等[2-3]。其中樣板法屬于模擬量檢測(cè)方法，是用葉片型線的理論值生成樣板的檢測(cè)面，然后將加工的樣板和葉片上對(duì)應(yīng)的型線進(jìn)行比對(duì)，借助燈光等輔助手段觀察樣板和葉片葉身的間隙大小，估計(jì)對(duì)應(yīng)型線的誤差[4]，具有檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)單、便于現(xiàn)場(chǎng)使用等優(yōu)點(diǎn)，在葉片加工檢驗(yàn)過(guò)程中得到廣泛使用。電感測(cè)量法和三坐標(biāo)測(cè)量法的測(cè)量精度較高，但技術(shù)操作比較復(fù)雜，且準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、成本較高，通常作為抽檢、批量產(chǎn)品*檢測(cè)或zui終檢驗(yàn)的技術(shù)手段[5]。本文所開發(fā)的系統(tǒng)面向樣板測(cè)量法的葉片型面測(cè)具快速設(shè)計(jì)。
葉片測(cè)具模板的設(shè)計(jì)
針對(duì)一類檢測(cè)葉片，基于樣板法的葉片測(cè)具的結(jié)構(gòu)形式相對(duì)固定，分析其結(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)間關(guān)系，抽象為一種固化的參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型，本文稱之為模板。針對(duì)待檢葉片的結(jié)構(gòu)和尺寸形狀，系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，可快速生成新的測(cè)具。模板的設(shè)計(jì)主要考慮葉片定位合理及生成測(cè)具中檢測(cè)樣板的型線。所需檢測(cè)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)如圖1所示，此類葉片的定位元素包含4個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)和4個(gè)定位基準(zhǔn)面，定位基準(zhǔn)點(diǎn)同在葉盆或葉背一側(cè)，葉片型面測(cè)具以這些定位元素為基準(zhǔn)，對(duì)葉片進(jìn)行定位，具體定位方式如圖2所示。
樣板檢測(cè)法是將葉片理論型線作為幾何特征來(lái)制作檢測(cè)某一型線的樣板，通過(guò)精密加工方法保證樣板的型面尺寸和形狀精度，以樣板型面和所對(duì)應(yīng)葉片上的型線的吻合度作為衡量其是否合格的依據(jù)。為降低測(cè)具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，樣板除檢測(cè)型面以外的部分設(shè)計(jì)為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。樣板型面部分倒角以避免和葉身干涉，同時(shí)防止檢測(cè)時(shí)阻擋視線，如圖3所示。樣板支座采用插槽的形式放置樣板，如圖4所示。
葉片測(cè)具模板驅(qū)動(dòng)技術(shù)
1參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用
參數(shù)化設(shè)計(jì)（parametricdesign）也叫尺寸驅(qū)動(dòng)（dimension-driven），是指設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)外形大致一樣，可以用一組參數(shù)來(lái)約定其尺寸關(guān)系[6]。采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，首先建立葉片型面測(cè)具模板，模板的模型全部通過(guò)參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如果檢測(cè)葉片尺寸形狀改變，只需更新模板對(duì)應(yīng)的表達(dá)式參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)葉片測(cè)具的快速設(shè)計(jì)。
在測(cè)具模板的建模過(guò)程中，采用自頂向下的裝配設(shè)計(jì)方法。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)從以往測(cè)具設(shè)計(jì)過(guò)程中提煉的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)信息進(jìn)行分類：（1）通過(guò)葉片參數(shù)更新的測(cè)具模型變量參數(shù)；（2）通過(guò)測(cè)具模型參數(shù)更新變量參數(shù)；（3）不需更新的常量參數(shù)。幾何尺寸參數(shù)和非幾何參數(shù)全部定義在裝配體模型中，零件模型通過(guò)引用裝配體中的參數(shù)驅(qū)動(dòng)其模型更新，零件模型中的幾何參數(shù)和裝配體中的非幾何參數(shù)同時(shí)驅(qū)動(dòng)二維工程圖更新。這樣設(shè)計(jì)可以方便參數(shù)更新、便于管理模型數(shù)據(jù)。以樣板支座的一個(gè)插槽特征為例，共有8個(gè)參數(shù)，其中插槽的長(zhǎng)度（length）、深度（depth）和位置（positioning）分別引用裝配體中的參數(shù)thickness_yangban、depth_yangban和position_1，文中將它們定義為第1類參數(shù)；插槽寬度width與支座寬度p10相同，定義為第2類參數(shù)；其他參數(shù)可以作為常量不變，定義為第3類參數(shù)。
2樣板檢測(cè)型面的自動(dòng)生成
型面測(cè)具工作時(shí)的主要部件是檢測(cè)樣板，而檢測(cè)樣板的關(guān)鍵是其檢測(cè)面特征生成。
首先將葉片在測(cè)具模型中進(jìn)行準(zhǔn)確定位獲得型線和樣板之間正確的相對(duì)位置，根據(jù)葉片和測(cè)具的裝配關(guān)系進(jìn)行裝配特征的匹配并創(chuàng)建裝配約束，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配。根據(jù)葉片在測(cè)具上的定位方式，需建立的定位約束和裝配特征如表1所示。
用戶通過(guò)交互選擇所有需要檢測(cè)的葉身型線即可確定葉片檢測(cè)特征，然后系統(tǒng)對(duì)這些型線進(jìn)行編碼，在將葉片裝配到測(cè)具上的正確位置以后，此時(shí)型線和樣板的位置關(guān)系已經(jīng)確定，調(diào)用ug中的wave幾何鏈接器將葉身型線鏈接到檢測(cè)樣板模型中，以這條型線按照樣板設(shè)計(jì)方法生成所需的樣板結(jié)構(gòu)。所謂鏈接，就是在裝配環(huán)境下可以將部件a上的1個(gè)幾何元素（例如1條邊）以現(xiàn)有的位置關(guān)系復(fù)制到部件b中，如果a的模型發(fā)生更新，這條邊的位置發(fā)生變化，此時(shí)復(fù)制到部件b中的這條邊同樣會(huì)更新位置，關(guān)系如圖5所示。為簡(jiǎn)化程序，在樣板模板中先創(chuàng)建一條曲線，通過(guò)拉伸、修剪、倒角等操作，生成一個(gè)完整的樣板模型，獲得鏈接的葉身型線之后，將這條型線替換樣板中的曲線，模型中曲線特征之后的操作就會(huì)以鏈接的型線為父對(duì)象進(jìn)行操作，從而生成樣板的檢測(cè)面，程序流程如圖6所示。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
在teamcenter和ug平臺(tái)上開發(fā)了葉片型面測(cè)具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所有的數(shù)據(jù)由teamcenter進(jìn)行統(tǒng)一管理。teamcenter是西門子開發(fā)的一款產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（pdm，productsdatamanagement）軟件，能夠和ug進(jìn)行無(wú)縫集成，管理ug中的所有模型和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)來(lái)源的*性，避免數(shù)據(jù)冗余，方便協(xié)同設(shè)計(jì)。
工裝設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)向?qū)崾?，首先輸入需要檢測(cè)的葉片模型id，裝載該葉片模型，然后根據(jù)提示信息分別輸入葉片有關(guān)數(shù)據(jù)，交互選擇所需的葉片模型特征，系統(tǒng)會(huì)高亮顯示所選葉片特征，操作界面如圖7所示。zui后選擇命名方式并進(jìn)行存儲(chǔ)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和操作，快速生成所需的葉片測(cè)具。圖8為某葉片設(shè)計(jì)測(cè)具實(shí)例。
圖7葉片測(cè)具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面
圖8葉片型面測(cè)具設(shè)計(jì)實(shí)例
結(jié)論
本文在分析葉片型面測(cè)具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合某航空企業(yè)實(shí)際需求，通過(guò)提煉設(shè)計(jì)過(guò)程，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，建立模板，使用特征提取、自動(dòng)裝配等技術(shù)開發(fā)出基于ug平臺(tái)的葉片測(cè)具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員只需輸入有關(guān)參數(shù)、選擇相關(guān)葉片特征，即可在幾分鐘之內(nèi)完成葉片測(cè)具設(shè)計(jì)，有效地提高了設(shè)計(jì)效率及自動(dòng)化水平。
（文章來(lái)源：南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院）