發(fā)動機(jī)氣缸蓋逆向設(shè)計過程研究

摘要：本文介紹了發(fā)動機(jī)氣缸蓋的逆向設(shè)計開發(fā)過程，結(jié)合采用逆向設(shè)計軟件Imageware、Geomagic Studio 、PRO/E，經(jīng)過三維激光掃描、3D測量、三維逆向造型形成三維模型，最終得到符合參照模型的理想三維模型。

關(guān)鍵詞：氣缸蓋； 逆向設(shè)計； 掃描測量

前言

逆向設(shè)計相對正向設(shè)計而言，是一種先進(jìn)的、具有創(chuàng)新性的現(xiàn)代設(shè)計方法，是從實物樣機(jī)到數(shù)字模型的一個反向、再設(shè)計、創(chuàng)新、優(yōu)化的過程。它被廣泛應(yīng)用于汽車零部件的開發(fā)設(shè)計當(dāng)中，并且對加快產(chǎn)品開發(fā)速度等具有一定的推動作用。

發(fā)動機(jī)氣缸蓋是整個發(fā)動機(jī)中較難設(shè)計的零部件之一。本文主要是通過FARO+3D SCANNERS 激光掃描測量系統(tǒng)得到氣缸蓋的三維點云模型，運用Imageware、Geomagic Studio軟件對測量得到的三維點云模型進(jìn)行點云對齊、點云輪廓的提起、曲線擬合和分割，得到主要輪廓的三維曲線，然后利用逆向造型軟件Proe/E 進(jìn)行模型重構(gòu)。

1.缸蓋逆向設(shè)計總體安排

首先，根據(jù)項目技術(shù)要求及設(shè)計目標(biāo)確定參加項目人員，并確定設(shè)計方案；

其次，確定氣道切割方案、定好測量球，將缸蓋放在零件臺上進(jìn)行缸蓋外形掃描；

第三，用逆向設(shè)計軟件對缸蓋外形點云處理、擺正坐標(biāo)；定孔位、骨架線、缸蓋外形造型；進(jìn)排氣道三維造型；水套切割、掃描、拼點云；水套三維造型；

第四，用逆向設(shè)計軟件對缸蓋毛坯模型造型；

第五，用造型軟件對氣門導(dǎo)管、座圈、碗形塞造型，得到最終裝配數(shù)據(jù)。

2.缸蓋逆向設(shè)計準(zhǔn)備

2.1. 激光掃描及測量設(shè)備

2.1.1.Creaform Handyscan形創(chuàng)3D手持式三維激光掃描儀一臺；光筆三坐標(biāo)測量儀Handyprobe一臺。

2.1.2.輸出數(shù)據(jù)為：

點云數(shù)據(jù)：*.asc

孔位數(shù)據(jù)：*.igs

球數(shù)據(jù)：*.igs

2.1.3. 設(shè)備精度：0.02mm

2.2. 逆向造型軟件

2.2.1.Pro/E

2.2.2.Imageware

2.2.3.Geomagic Studio

2.3. 參照零件

為了保證數(shù)據(jù)的高度準(zhǔn)確性，選擇兩個狀態(tài)相同的新的參照缸蓋，選擇了兩臺四缸發(fā)動機(jī)的缸蓋，其中一臺用于切割，另外一臺用于后期的檢查標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.輔助工具

2.4.1 著色滲透探傷劑

掃描過程中黑色表面或者反光表面對光反射不理想，噴上探傷劑使表面呈白色，白色對激光反射比較好，數(shù)據(jù)采集較好。

2.4.2 特制絲錐

測量螺紋孔，螺紋孔比較

難測量準(zhǔn)確，我們把特制絲錐擰在螺紋孔里，測量后部標(biāo)準(zhǔn)光桿，螺紋中心就會比較準(zhǔn)確。

2.4.3 自制坐標(biāo)定位球

需要切割的產(chǎn)品被切割后，測量產(chǎn)品上的三個定位球，通過三點定位的方法，把所有坐標(biāo)統(tǒng)一。

3.缸蓋逆向設(shè)計過程

3.1.整體數(shù)據(jù)掃描

把準(zhǔn)備好的缸蓋模型放在零件臺上，用3DSCANNERS激光掃描儀對氣缸蓋的整體進(jìn)行掃描，將其數(shù)據(jù)保存?zhèn)溆谩?/p>

3.2.缸蓋外形及孔位測量

檢測缸蓋整體孔位及機(jī)加工平面，用美國 FARO2.4m鉑金測量臂測量氣缸蓋的6個端面以及所有的孔位，將其數(shù)據(jù)保存?zhèn)溆谩?/p>

3.3. 缸蓋外形建模

將處理完后的缸蓋整體掃描點云數(shù)據(jù)和缸蓋外形及孔位測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入pro/E進(jìn)行逆向建模，在pro/E中主要是正向和逆向相結(jié)合進(jìn)行建模。參考三坐標(biāo)打完的孔線，先進(jìn)行外部所有孔位的建模以及氣道口的布置，確定骨架，利用骨架進(jìn)行建模，運用此種建模方式，幾位設(shè)計工程師的設(shè)計工作可以并行進(jìn)行，提高工作效率。

3.4. 確定氣道切割方案及掃描

缸蓋掃描完后，在缸蓋上確定氣道切割方案，切割時主要考慮到能完整的掃描完氣道即可，送到機(jī)加廠進(jìn)行切割。將切割好的氣道噴顯像劑，安裝到夾具上進(jìn)行掃描。以測量球為基準(zhǔn)，拼接完整的點云氣道模型，并以此電云數(shù)據(jù)用于三維造型。

3.5. 水套切割、掃描、拼接點云

根據(jù)缸蓋的實際結(jié)構(gòu)確定水套切割方案后，將水套進(jìn)行切割；用三維掃描儀進(jìn)行掃描水套被切割的各部分結(jié)構(gòu)，將各部分的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Imageware進(jìn)行拼接；然后將拼接好的水套點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Proe進(jìn)行三維造型。

3.6.缸蓋毛坯、產(chǎn)品模型造型

將進(jìn)排氣道、水套三維模型切割缸蓋外形模型得到缸蓋毛坯模型。在毛坯模型上進(jìn)行機(jī)加工得到產(chǎn)品模型。此建模次序完全符合缸蓋制造程工序。

3.7.缸蓋最終模型造型

用Pro/E對氣門導(dǎo)管、座圈、碗形塞分別造型，然后裝配到缸蓋上去。得到最終的缸蓋最終模型。

圖1缸蓋最終模型

4. 結(jié)束語

此項發(fā)動機(jī)缸蓋逆向設(shè)計過程表明，逆向設(shè)計在現(xiàn)代企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)過程中起著舉足輕重的作用，這項技術(shù)不僅能夠吸取到參考樣件的技術(shù)精華，還能指導(dǎo)設(shè)計人員在原有技術(shù)基礎(chǔ)上做到更多的完善和創(chuàng)新，也是對原有產(chǎn)品技術(shù)上的一種檢驗。通過無數(shù)次的實踐證明，逆向設(shè)計技術(shù)在缸蓋開發(fā)過程中是一種非常有效的，而且比較容易實現(xiàn)的開發(fā)模式，比起傳統(tǒng)的缸蓋開發(fā)技術(shù)，逆向設(shè)計開發(fā)缸蓋明顯的優(yōu)勢有：成本低、風(fēng)險小、周期短、見效快?；谶@些優(yōu)勢，隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，汽車行業(yè)競爭日益激烈，誰掌握了新技術(shù)，誰就能在短時間內(nèi)開發(fā)出新產(chǎn)品而占領(lǐng)市場。

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作者簡介：湯茂銀 （1985-），女，設(shè)計工程師，從事發(fā)動機(jī)零部件研究。

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