翻邊成形是板料成形工藝中重要的成形方法，在汽車、航空、航天和家用電器等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。由于裝配和制品形狀等的需要，經(jīng)常要對板料進行翻邊成形，實際生產(chǎn)中的翻邊類零件存在著起皺、破裂和回彈等缺陷。為了提高成形性能，生產(chǎn)此類零件通常采用液壓成形工藝。翼肋零件翻邊液壓成形時，合理的側(cè)壓塊型面參數(shù)至關(guān)重要。為了獲得合理的側(cè)壓塊型面參數(shù)，往往采取傳統(tǒng)的實驗“試錯法”或計算機“有限元模擬仿真”。不管是試錯法，還是有限元模擬仿真，模具型面的設(shè)計是必經(jīng)步驟。CATIA和NX等常用大型CAD軟件都具有通用的曲面設(shè)計的功能，但是設(shè)計人員在設(shè)計時還是有一定的困難，而且在設(shè)計過程中會有大量的重復(fù)勞動。因此，為了提高設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，充分發(fā)揮CAD軟件的價值和增強軟件的易用性，在現(xiàn)有CAD軟件基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)就 顯得尤為必要。

　　本文研究如何應(yīng)用Visual C++編程語言和CATIA的應(yīng)用組件構(gòu)架(Component Application Architecture, CAA)實現(xiàn)翼肋零件翻邊液壓模具型面的參數(shù)化設(shè)計。

　　一、CATIA二次開發(fā)簡介

　　CATIA作為專業(yè)的工程軟件，具有很強的開放性，其提供了多種開放接口，用戶可以根據(jù)需要選擇合適的二次開發(fā)方式。目前主要的開發(fā)方式有兩種：使用宏Macro對CATIA進行開發(fā)和使用組件應(yīng)用架構(gòu)CAA進行開發(fā)。

　　1.使用宏Macro對CATIA進行二次開發(fā)

　　大多數(shù)CAD軟件都支持宏操作。使用宏開發(fā)時，可以采取自動錄制代碼和手工直接編寫代碼的方法。CATIA可以記錄用戶的操作過程，自動生成代碼，這便是宏。然后對錄制的宏文件修改或添加一些判斷、循環(huán)和選擇等條件，再重新運行，這便是一個開發(fā)過程。這種方法直接、容易，可以用來實現(xiàn)一些簡單功能。但是，不是所有的操作都可以錄制成宏文件，這時候，可以直接用Visual Basic作為編程工具，直接調(diào)用CATIA提供的自動化應(yīng)用接口Automation API來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。不管是錄制宏還是直接用VB語言手動編寫，本質(zhì)都是調(diào)用Automation API，Automation API具備了與任何OLE(對象的連接和嵌入)所兼容的平臺進行通信的能力。這種開發(fā)容易上手，但實現(xiàn)的功能略顯簡單。

　　2.使用CAA進行開發(fā)

　　CAA開發(fā)是在快速應(yīng)用研發(fā)環(huán)境(Rapid Application Development Environment, RADE)中進行的，RADE是一個可視化的集成開發(fā)環(huán)境，它提供完整的編程工具組。RADE以Microsoft Visual C++為載體，開發(fā)工具完全集成在VC++環(huán)境中，并且提供了一個CAA框架程序編譯器，但同時也限制了VC++的部分功能。可以說CATIA CAA RADE是目前所有高端CAD/CAM開發(fā)環(huán)境中最為復(fù)雜，同時也是功能最為強大的一個。CAA是Dassault Systemes產(chǎn)品擴展和客戶進行二次開發(fā)的工具，其采用面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，開發(fā)過程可看作是其組件對象的組合和擴展。CAA采用組件對象模型(COM)和OLE技術(shù)。此外CAA開發(fā)涉獵廣泛，從簡單到復(fù)雜，幾乎無所不能，而且和原系統(tǒng) 的結(jié)合非常緊密，如果沒有特別的說明，無法把開發(fā)的功能從原系統(tǒng)中區(qū)分出來，這非常有利于用戶的使用和集成。

　　二、翻邊液壓成形工藝簡介

　　液壓成形在管材和板材加工方面能克服常規(guī)工藝的不足，又具有制模簡單、周期短、成本低而產(chǎn)品質(zhì)量好、形狀和尺寸精度高等特點，尤其適于在一道工序內(nèi)成形具有復(fù)雜形狀的零件。飛機翼肋零件大都是大曲率凸翻邊成形零件，液壓成形時一般會在輪廓線曲率半徑最小處(即翼肋最尖端處)附近加上側(cè)壓塊以防止板料起皺與破裂，從而提高成形極限。如圖1所示。

　　三、系統(tǒng)設(shè)計

　　本系統(tǒng)的目的是分析并提取待成形零件的特征參數(shù)，并將數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，然后再結(jié)合實際工藝的需要，確定成形時是否需要側(cè)壓塊支持，最終根據(jù)提取出的特征參數(shù)自動生成模具型面。系統(tǒng)的流程如圖2所示。

　　1.翼肋零件特征描述

　　特征是在產(chǎn)品生命周期各階段活動中，從一定抽象層次上描述產(chǎn)品的信息集或知識。一般認為，特征是產(chǎn)品上具有一定語義信息，能實現(xiàn)特定功能的一組幾何實體及其相關(guān)信息的集合。翼肋零件是由平板翻邊而成，其幾何特征信息有：翻邊方向、翻邊角度、翻邊高度、圓角半徑及圓角處原始輪廓線。

　　2.特征分析與提取

　　特征分析時，先檢查零件底面與xoy平面是否平行，如果不平行，則先進行坐標(biāo)變換，這樣做的目的是為后續(xù)分析確定一個參照的基準(zhǔn)。

　　分析翻邊方向，先將零件整體生成一個曲面結(jié)合，然后用CAA的API函數(shù)GetCOG獲取曲面結(jié)合的重心坐標(biāo)，然后比較曲面結(jié)合重心Z坐標(biāo)(設(shè)為)和零件底面Z坐標(biāo)(設(shè)為)的關(guān)系。如果> ，則沿Z軸正向翻邊;否則，沿Z軸負向翻邊。分析翻邊高度、翻邊角度及圓角半徑，切入點是翼肋特征線(反映翻邊角度與高度的直線段)與特征圓弧(反映圓角半徑的曲線段)，如圖3所示。用函數(shù)Distance To計算特征線兩端點到底面的距離，取最大值得到翻邊高度;用GetAngleTo計算特征線兩端點的連線矢量與底面法矢的夾角，再取其余角得出翻邊角度;用GetRadius獲得特征圓弧半徑，即翼肋零件圓角半徑。

　　上面的分析是在零件模型上存在現(xiàn)成的特征線和特征圓弧基礎(chǔ)上進行的，如果不存在，則可以用參考平面和曲面結(jié)合求交的方法來構(gòu)建。構(gòu)建出來的是相交特征，不能直接從中獲取需要的特征參數(shù)，得先從其中分離出需要的特征線與特征圓弧，然后再根據(jù)前述方法來獲取。具體的思路如圖4所示。

　　提取圓角處輪廓線特征時，用平行于底面的參考平面去和翻邊曲面求交，用Create3DCurveOffset對交線執(zhí)行等距偏置(如果翻邊角度是90度，則無需偏置處理)，用CreateTranslate平移到底面位置，將圓角處原始輪廓線構(gòu)建出來，如圖5。最后，在輪廓線上每1mm生成一個等距點，將這些點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)存放入指定的文本文件，文件保存在指定的路徑中。

　　最后，將翻邊方向、翻邊高度、翻邊角度、圓角半徑和輪廓線等距點文件路徑這些參數(shù)值存入數(shù)據(jù)庫，以備后續(xù)參數(shù)化建模調(diào)用。

　　3.生成模具型面

　　生成模具型面的關(guān)鍵是，首先生成反映型面走向趨勢的輪廓線，然后再由這些輪廓線生成曲面。生成輪廓線時，先從數(shù)據(jù)庫中獲取輪廓線特征點文件存放位置，然后讀取該文件，根據(jù)坐標(biāo)值生成點，用樣條曲線擬合生成曲線，執(zhí)行偏置和平移，生成型面輪廓線，最后執(zhí)行CreateFill、CreateBlend及CreateFillet完成曲面構(gòu)建。

　　(1)模具主體型面。模具主體型面和翼肋零件型面是吻合的，首先生成圓角處原始輪廓線，記為Curve1，連接Curve1始末兩端點生成直線記為Line，用CreateFill以Line和Curve1為界生成底面，然后將Curve1沿著翻邊方向平移到翻邊高度生成Curve2。如果是垂直翻邊，就在Curve1和Curve2之間用CreateBlend生成翻邊曲面Surface;如果是翻邊角度小于90度，則需要將Curve1向外偏距，用Creat e3D Offset生成Curve3，將Curve3平移到翻邊高度生成Curve4，然后在Curve1 和Curve4之間用CreateBlend生成翻邊曲面Surface。最后在翻邊曲面和底面間用CreateFillet生成圓角。至此，模具主體型面建模完成，如圖6。

　　(2)側(cè)壓塊型面。側(cè)壓塊型面的輪廓線是由模具主體型面輪廓線上曲率半徑最小處那一段偏置而來。在生成這一段曲線時，需要對先前提取出的等距點稍作取舍，把不符合側(cè)壓塊兩側(cè)長度的那些點排除掉，將剩余的等距點用CreateSplineCurve生成樣條曲線，再偏置、平移出側(cè)壓塊型面輪廓線，然后按前述方法用Create Blend生成兩個曲面，最后用CreateFillet在兩個曲面間生成圓角，如圖7。

　　四、應(yīng)用實例

　　以某翼肋零件為例，讀取該零件模型后，進入翼肋特征分析如圖8。設(shè)定好翼肋標(biāo)識名稱，選擇翼肋底平面和翼肋特征點，執(zhí)行分析，分析結(jié)果存入特征數(shù)據(jù)庫，以備設(shè)計模具型面調(diào)用。

　　設(shè)計模具型面時，直接調(diào)用分析得到的特征參數(shù)，并顯示在程序界面上，如果需要對參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整，可以手工修改， 如果需要側(cè)壓塊的，可以設(shè)定，并填入對應(yīng)的參數(shù)，如圖9。

　　實踐表明：整個設(shè)計過程中，人工干預(yù)的環(huán)節(jié)極少，無需專業(yè)的型面設(shè)計知識即可在很短時間內(nèi)完成模具型面的設(shè)計工作。分析特征時，操作者所要做的只是一些點、線、面的選擇;型面設(shè)計時，只需從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用參數(shù)即可。圖10就是設(shè)計好的模具型面。

　　五、總結(jié)

　　本文探索了飛機翼肋零件幾何模型特征提取方法，并基于CATIA CAA設(shè)計出了對應(yīng)的模具型面設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)與CATIA 緊密結(jié)合在一起，使用該系統(tǒng)能夠在較短時間內(nèi)完成零件特征分析和模具型面的設(shè)計工作，從而極大地提高工作效率，提升產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計制造水平。