飞机导管加工过程仿真方法

摘要

本发明提供一种飞机导管加工过程仿真方法，包括以下步骤：1）根据待加工导管尺寸信息进行弯管机、模具参数化匹配；2）加工过程路径规划；3）运动仿真，检查干涉；4）根据仿真结果进行方案调整。该方法具有准确度高、速度快等特点，可用于分析飞机导管加工工艺方案，为导管加工文件正确与否提供依据。本发明在飞机导管加工技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

权利要求

1.飞机导管加工过程仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据待加工导管尺寸信息进行弯管机、模具参数化匹配；

2）加工过程路径规划；

3）运动仿真，检查干涉；

4）根据仿真结果进行方案调整；

所述步骤1）包含两大部分，其一是获取待加工导管尺寸信息，其二是整理弯管机、模具加工范围数据库并根据不同模具的加工范围匹配出待加工导管所需要的模具；

所述获取待加工导管尺寸信息的具体为，根据零件的结构树信息，通过固定目录搜索的方式，依次筛选出导管的外径、内壁、壁厚、弯曲半径、材料信息并存储，为匹配弯管机、模具提供依据；

所述步骤2）具体为：假设导管形态为L，时间为t，直接进给的步长为n，空间旋转的步长为n1，绕模弯曲的步长为n2，Y为直线，B为空间旋转角度，C为绕模弯曲角度，L0为上一时刻导管的形态，则有：a、当nt≤Y时，直线进给，L=nt；

当nt＞Y时，进入步骤b；

b、若B=0，或（t-Y/n）*n1＞B时，进入步骤c；

当B≠0，（t-Y/n）*n1≤B时，空间旋转，L绕Y轴旋转B1，其中B1=（t-Y/n）*n1；

c、当C≠0，（t-Y/n-B/n1）*n2≤C时，绕模弯曲，L绕Z轴选装C1，其中C1=n2*（t-Y/n-B/n1）；

若C=0或（t-Y/n-B/n1）*n＞C时，此组动作结束，此时完成一组YBC动作，由此可得每一时刻的导管形成。

2.如权利要求1所述的飞机导管加工过程仿真方法，其特征在于所述步骤4）根据仿真结果进行方案调整、若第一次仿真有干涉，则将导管进行反向加工仿真，若仍有干涉，则重新设计导管。

说明书

飞机导管加工过程仿真方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种飞机导管加工过程仿真方法，用于编制飞机导管加工文件，属于飞机数字化先进制造技术领域。

背景技术

[0002] 数控导管精确成形技术不仅可以实现导管的精确成形和生产过程的自动化，而且满足了对管件弯曲高精度、高性能、高效率和数字化的加工要求，因此在航空航天的高科技领域，数控导管弯曲技术已逐步代替了传统的导管工艺，占据了重要地位。

[0003] 与数控切削加工相比，数控弯管机结构复杂，包括几十个运动部件，在导管加工过程中存在着更严重的碰撞于干涉危险。在飞机导管加工过程中，已成形的和正在弯曲的管件大范围运动，使其与机床、模具和夹具以及工作地面、厂房发生碰撞的可能性极大。为了保证安全，提高生产效率，降低生产成本，必须对导管的NC程序进行严格的审查。同时随着产品轻量化的发展，数控导管设备的应用日益增加，实际生产中针对不同规格、材料的导管件需要进行大量的前期试验和反复调模过程，耗时耗力，因此对飞机导管加工过程的仿真需求日益迫切。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种飞机导管加工过程仿真方法，该方法具有计算效率高、运行稳定，误差小等特点，解决了飞机导管加工文件快速获取的关键性问题，有效的验证了导管工序的合理性，提高了飞机导管加工数据的获取效率。

[0005] 本发明是通过以下技术方案实施的：飞机导管加工过程仿真方法，包括以下步骤：

[0006] 1）根据待加工导管尺寸信息进行弯管机、模具参数化匹配；

[0007] 2）加工过程路径规划；

[0008] 3）运动仿真，检查干涉；

[0009] 4）根据仿真结果进行方案调整。

[0010] 所述步骤1）包含两大部分，其一是获取待加工导管尺寸信息，其二是整理弯管机、模具加工范围数据库并根据不同模具的加工范围匹配出待加工导管所需要的模具。所述获取待加工导管尺寸信息的具体为，根据零件的结构树信息，通过固定目录搜索的方式，依次筛选出导管的外径、内壁、壁厚、弯曲半径、材料信息并存储，为匹配弯管机、模具提供依据。

[0011] 所述步骤2）具体为：假设导管形态为L，时间为t，直接进给的步长为n，空间旋转的步长为n1，绕模弯曲的步长为n2，Y为直线，B为空间旋转角度，C为绕模弯曲角度，L0为上一时刻导管的形态，则有：

[0012] a、当nt≤Y时，直线进给，L=nt；

[0013] 当nt＞Y时，进入步骤b；

[0014] b、若B=0，或（t-Y/n）*n1＞B时，进入步骤c；

[0015] 当B≠0，（t-Y/n）*n1≤B时，空间旋转，L绕Y轴旋转B1，其中B1=（t-Y/n）*n1；

[0016] c、当C≠0，（t-Y/n-B/n1）*n2≤C时，绕模弯曲，L绕Z轴选装C1，其中C1=n2*（t-Y/n-B/n1）；

[0017] 若C=0或（t-Y/n-B/n1）*n＞C时，此组动作结束，此时完成一组YBC动作，由此可得每一时刻的导管形成。

[0018] 所述步骤3）的具体仿真过程表述如下：

[0019] S1、对于某一仿真指令M，在某一时刻T，加设导管的各个控制点P（1 X1，Y1，Z1），则相邻两个控制点Pi和Pi+1组成的线段Li有如下参数表达式：

[0020] X=X1+ t，*（Xi+1-X1）；

[0021] Y=Y1+ t，*（Yi+1-Y1）；

[0022] Z=Z1+ t，*（Zi+1-Z1）；

[0023] 0≤t，≤1；i=0,1，....，n-1；

[0024] 然后求出线段Li与仿真环境中各个仿真模型表面的交点，如果交点存在，获取交点值，转S4；否则，求取P1指向Pi+1的射线与仿真环境中的模型表面的第一个虚交点，此时t，＞1，记为t0，进入S2，若射线与仿真环境无交点则进入S3；

[0025] S2、通过获取坐标求出t，从1到t0的两点间的距离L及射线P1Pi+1与物体平面的夹角为α，设导管的外径为r，若L*tanα＜r，转S4，否则返回S1；

[0026] S3、若射线与仿真环境中物体的最小距离D＜r，则进入S4，否则返回S1；

[0027] S4、将该段导管实体化，与仿真环境中的模型进行实体求交运算，求干涉区域。

[0028] 所述步骤4）根据仿真结果进行方案调整、若第一次仿真有干涉，则将导管进行反向加工仿真，若仍有干涉，则重新设计导管。

[0029] 本发明的有益效果：本发明具有准确度高、速度快等特点，可用于分析飞机导管加工工艺方案，为导管加工文件正确与否提供依据。本发明在飞机导管加工技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

附图说明

[0030] 图1为本发明飞机导管加工过程仿真流程图。

[0031] 图2为数控弯管机运动轴Y、B、C的示意图。

[0032] 图3为压模的结构简图。

[0033] 图4为夹模的结构简图。

[0034] 图5为弯曲模的结构简图。

[0035] 图6为本发明导管仿真对象模型结构框图。

具体实施方式

[0036] 图1为本发明提出的飞机导管加工过程仿真方法的具体流程，该方法实现的主要步骤包括：1）根据待加工导管尺寸信息进行弯管机、模具参数化匹配；2）加工过程路径规划；3）运动仿真，检查干涉；4）根据仿真结果进行方案调整。

[0037] 所述的步骤1）根据待加工导管的尺寸信息进行弯管机、模具参数化匹配，包含（1）获取待加工导管尺寸信息；（2）整理弯管机、模具加工范围数据库；其中所述的（1）获取待加工导管尺寸信息，即根据零件的结构树信息，通过固定目录搜索的方式，依次筛选出导管的外径、内壁、壁厚、弯曲半径、材料信息并存储，为匹配弯管机、模具提供依据；所述的（2）整理弯管机、模具加工范围数据库，其中弯管机有多种型号，不同型号的弯管机其加工范围不同，一套导管模具的标准结构主要由弯曲模、夹模、压模、芯棒、防皱板等五部分组成，工作时其动作过程为：芯棒进芯，夹模夹紧管材随弯曲模一起转动，压模压紧管材随着管材的弯曲二跟随，而防皱板固定不动，当导管角度达到设定角度后，芯棒退出，压模、夹模松开复位，完成一组动作，数控弯管机运动轴Y、B、C如图2所示。

[0038] 加工仿真中防皱模可由管件毛坯逆向建模，生成带有略大于管件直径的凹槽，具体凹槽直径根据生产要求而定，芯棒主要起支撑作用，其直径尺寸一般略小于管材内径，加工仿真对其要求不高，准备阶段可由管材直径尺寸逆向建模生成。主要参数化的模具为弯曲模、夹模、压模，根据不同模具的加工范围，匹配出管材所需要的模具。

[0039] 在导管过程中，压模主要是压紧管材，并辅助推动管材弯曲，压模运动速度理论上应和管材转动的线速度一致，压模的结构简图如图3所示，L1，L2，L3三条边可随待加工导管尺寸进行参数化更新。夹模设计的主要尺寸为长度尺寸，它只要取决于产品的两个弯曲之间的直段长度，其结构简图如图4所示，可对其中的L4 L9进行参数化设计。弯曲模是整个导~管模具的核心，器结构简图如图5所示，可按图中a、b、d、D、h、φ尺寸对其进行参数化。

[0040] 所述的步骤2）加工过程路径规划。导管的成形过程实质上是一个导管形状不断变化的过程，由于导管是一个轴对称体，采用导管的中心线就可以完整的描绘其三维形状，从而避免实体仿真中多次建模造成仿真效率低、对机器性能要求高的弊端。

[0041] 假设导管形态为L，时间为t，直接进给的步长为n，空间旋转的步长为n1，绕模弯曲的步长为n2，Y为直线，B为空间旋转角度，C为绕模弯曲角度，L0为上一时刻导管的形态，则有：

[0042] a、当nt≤Y时，直线进给，L=nt；

[0043] 当nt＞Y时，进入步骤b；

[0044] b、若B=0，或（t-Y/n）*n1＞B时，进入步骤c；

[0045] 当B≠0，（t-Y/n）*n1≤B时，空间旋转，L绕Y轴旋转B1，其中B1=（t-Y/n）*n1；

[0046] c、当C≠0，（t-Y/n-B/n1）*n2≤C时，绕模弯曲，L绕Z轴选装C1，其中C1=n2*（t-Y/n-B/n1）；

[0047] 若C=0或（t-Y/n-B/n1）*n＞C时，此组动作结束，此时完成一组YBC动作，由此可得每一时刻的导管形成。

[0048] 所述的步骤3）运动仿真，检查干涉。导管加工仿真的运动模型有弯管机、工件、导管模具、环境，其中弯管机可分为部件1、部件2...部件n，工件即为导管毛坯，导管模具可分为弯曲模、压模、夹模、防皱模、芯棒，环境包括墙壁、地面以及其他，其结构框图如图6所示。

[0049] 数控导管加工过程中的碰撞干涉检测包含两个方面的内容：一方面是夹头与弯块、压力模与夹紧模之间碰撞干涉检测，这种情况在y指令执行时有可能发生；另一方面是加工过程中不断变化的管件与机床部件、地面和周围环境物体之间的碰撞干涉检测。碰撞检测的任务就是确定在某一时刻t，仿真环境中的几何模型与活动对象是否发生干涉，即它们的交集是否不为空，若发生的碰撞则需要确定碰撞点，具体仿真过程表述如下：

[0050] S1、对于某一仿真指令M，在某一时刻T，加设导管的各个控制点P1（X1，Y1，Z1），则相邻两个控制点Pi和Pi+1组成的线段Li有如下参数表达式：

[0051] X=X1+ t，*（Xi+1-X1）；

[0052] Y=Y1+ t，*（Yi+1-Y1）；

[0053] Z=Z1+ t，*（Zi+1-Z1）；

[0054] 0≤t，≤1；i=0,1，....，n-1；

[0055] 然后求出线段Li与仿真环境中各个仿真模型表面的交点，如果交点存在，获取交点值，转S4；否则，求取P1指向Pi+1的射线与仿真环境中的模型表面的第一个虚交点，此时t，＞1，记为t0，进入S2，若射线与仿真环境无交点则进入S3；

[0056] S2、通过获取坐标求出t，从1到t0的两点间的距离L及射线P1Pi+1与物体平面的夹角为α，设导管的外径为r，若L*tanα＜r，转S4，否则返回S1；

[0057] S3、若射线与仿真环境中物体的最小距离D＜r，则进入S4，否则返回S1；

[0058] S4、将该段导管实体化，与仿真环境中的模型进行实体求交运算，求干涉区域。

[0059] 所述步骤4）根据仿真结果进行方案调整、若第一次仿真有干涉，则将导管进行反向加工仿真，若仍有干涉，则重新设计导管。

[0060] S4、将该段导管实体化，与仿真环境中的模型进行实体求交运算，求干涉区域。

[0061] 所述的步骤4）根据仿真结果进行方案调整、若第一次仿真有干涉，则将导管进行反向加工仿真，若仍有干涉，则重新设计导管。