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有著廣泛的應用。由于裝配和制品形狀等的需要，經常要對板料進行翻邊成形，實際生產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，合理的側壓塊型面參數至關重要。為了獲得合理的側壓塊型面參數，往往采取傳統的實驗“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，模具型面的設計是必經步驟。CATIA和NX等常用大型CAD軟件都具有通用的曲面設計的功能，但是設計人員在設計時還是有一定的困難，而且在設計過程中會有大量的重復勞動。因此，為了提高設計效率，縮短產品的生產周期，充分發揮CAD軟件的價值和增強軟件的易用性，在現有CAD軟件基礎上進行二次開發就 顯得尤為必要。

　　本文研究如何應用Visual C++編程語言和CATIA的應用組件構架(Component Application Architecture, CAA)實現翼肋零件翻邊液壓模具型面的參數化設計。

　　一、CATIA二次開發簡介

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

　　1.使用宏Macro對CATIA進行二次開發

　　大多數CAD軟件都支持宏操作。使用宏開發時，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、循環和選擇等條件，再重新運行，這便是一個開發過程。這種方法直接、容易，可以用來實現一些簡單功能。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，直接調用CATIA提供的自動化應用接口Automation API來實現相應的功能。不管是錄制宏還是直接用VB語言手動編寫，本質都是調用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。這種開發容易上手，但實現的功能略顯簡單。

　　2.使用CAA進行開發

　　CAA開發是在快速應用研發環境(Rapid Application Development Environment, RADE)中進行的，RADE是一個可視化的集成開發環境，它提供完整的編程工具組。RADE以Microsoft Visual C++為載體，開發工具完全集成在VC++環境中，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開發環境中最為復雜，同時也是功能最為強大的一個。CAA是Dassault Systemes產品擴展和客戶進行二次開發的工具，其采用面向對象的程序語言，開發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。此外CAA開發涉獵廣泛，從簡單到復雜，幾乎無所不能，而且和原系統 的結合非常緊密，如果沒有特別的說明，無法把開發的功能從原系統中區分出來，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工藝的不足，又具有制模簡單、周期短、成本低而產品質量好、形狀和尺寸精度高等特點，尤其適于在一道工序內成形具有復雜形狀的零件。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、系統設計

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

　　1.翼肋零件特征描述

　　特征是在產品生命周期各階段活動中，從一定抽象層次上描述產品的信息集或知識。一般認為，特征是產品上具有一定語義信息，能實現特定功能的一組幾何實體及其相關信息的集合。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，則先進行坐標變換，這樣做的目的是為后續分析確定一個參照的基準。

　　分析翻邊方向，先將零件整體生成一個曲面結合，然后用CAA的API函數GetCOG獲取曲面結合的重心坐標，然后比較曲面結合重心Z坐標(設為)和零件底面Z坐標(設為)的關系。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成的特征線和特征圓弧基礎上進行的，如果不存在，則可以用參考平面和曲面結合求交的方法來構建。構建出來的是相交特征，不能直接從中獲取需要的特征參數，得先從其中分離出需要的特征線與特征圓弧，然后再根據前述方法來獲取。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，將這些點的坐標數據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值存入數據庫，以備后續參數化建模調用。

　　3.生成模具型面

　　生成模具型面的關鍵是，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，先從數據庫中獲取輪廓線特征點文件存放位置，然后讀取該文件，根據坐標值生成點，用樣條曲線擬合生成曲線，執行偏置和平移，生成型面輪廓線，最后執行CreateFill、CreateBlend及CreateFillet完成曲面構建。

　　(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)側壓塊型面。側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，把不符合側壓塊兩側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。設定好翼肋標識名稱，選擇翼肋底平面和翼肋特征點，執行分析，分析結果存入特征數據庫，以備設計模具型面調用。

　　設計模具型面時，直接調用分析得到的特征參數，并顯示在程序界面上，如果需要對參數做適當調整，可以手工修改， 如果需要側壓塊的，可以設定，并填入對應的參數，如圖9。

　　實踐表明：整個設計過程中，人工干預的環節極少，無需專業的型面設計知識即可在很短時間內完成模具型面的設計工作。分析特征時，操作者所要做的只是一些點、線、面的選擇;型面設計時，只需從數據庫中調用參數即可。圖10就是設計好的模具型面。

　　五、總結

　　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設計出了對應的模具型面設計系統，該系統與CATIA 緊密結合在一起，使用該系統能夠在較短時間內完成零件特征分析和模具型面的設計工作，從而極大地提高工作效率，提升產品數字化設計制造水平。