CATIA三通類管件的逆向建模

摘 要：三通類導(dǎo)管在工程上有著重要以及廣泛的應(yīng)用。由于三通類導(dǎo)管形狀較復(fù)雜，制造比兩通導(dǎo)管困難，零件端口的方向往往不能滿足裝配要求，在安裝過程中容易與其他零件產(chǎn)生干涉。而對零件進(jìn)行逆向建模能較好的解決工裝的新制問題。三通類管件有三個(gè)端頭，并且端頭孔徑大多不同，所以在三個(gè)端口中間圓滑過渡很重要。由于曲率變化不規(guī)律，所以生成光滑的曲面并將兩側(cè)曲面結(jié)合會比較困難。同樣，得到的曲面由于表面曲率品質(zhì)較差無法增厚形成實(shí)體零件也是經(jīng)常會發(fā)生的事情。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；三通管件；逆向建模；曲率分析

中圖分類號：S225.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0008-02

1 設(shè)計(jì)思路

首先分析管件的具體特征，將管件的規(guī)則曲面部分建出，而后再通過倒角、變倒角、多截面曲面、掃掠等功能得到最接近理想的曲面。

2 設(shè)計(jì)方法

2.1 普通三通管

常見的普通三通類管件，如圖1（a），（b），（c）所示，對這類管件建模時(shí)，首先需要按照正常的兩通類管件設(shè)計(jì)主要的管面，之后在第三管柱處增加一條引導(dǎo)線，拉伸出一段圓柱面，與開始得到的主管曲面做合適大小的倒角，即得到零件的表面。

在主管建模過程中，由于主管和支管連接處缺失了部分點(diǎn)云，用于構(gòu)造曲面的數(shù)據(jù)不完善，所以保證此鏈接部分的圓滑過渡十分重要。

點(diǎn)云上所得到的線為非閉合曲線，如圖2所示。要解決的是將缺失部分進(jìn)行封閉的問題，首先利用曲線建立平面，基于此平面建立草圖，并將曲線投影到草圖中，然后用三點(diǎn)創(chuàng)建弧的操作近似找出曲線的圓心，并補(bǔ)全缺失部分的輪廓（以上操作中的曲線均為構(gòu)造曲線），最后用畫圓命令或樣條曲線命令完成掃掠所需引導(dǎo)線的創(chuàng)建。

2.2 Y型三通管

常見的Y形三通類管件，如圖3所示。三個(gè)端頭的連接部位均存在較大過渡，主管面與次管面的橋接范圍大，如果按照普通三通管的設(shè)計(jì)方法，容易在中間段產(chǎn)生較大偏差。

2.2.1 建模思路

此類導(dǎo)管的建模思路在于根據(jù)中心線輪廓建立多條引導(dǎo)線生成截面線，再將幾個(gè)部分的多截面曲面進(jìn)行連接。以干管和支管交界處為界線區(qū)分解為兩個(gè)兩通件，對兩個(gè)部分分別建模后再接合曲面就可以較好的完成Y形三通管的逆向建模。

取兩個(gè)距離相近或且半徑相近的端口做一條引導(dǎo)線，另一條長直的端口方向做一條引導(dǎo)線，如圖3所示，把構(gòu)建多截面曲面分割成兩步。

2.2.2 建模方法

首先激活零件上端引導(dǎo)線所用到的點(diǎn)云，使用Planar Sections命令生成截面線并進(jìn)行優(yōu)化，掃掠得到多截面曲面，分別將兩側(cè)曲面生成得到的不規(guī)則曲面（如果生成的曲面大部分與點(diǎn)云不符或者有較明顯褶皺，則需要重新選取激活點(diǎn)云）如圖4所示。從圖4中可以看到靠近端頭的曲面基本符合點(diǎn)云，遠(yuǎn)離端頭部分由于截面線不完整，所得到的不規(guī)則曲面無法使用，所以要截去下端曲面，保留上面可以使用的部分。截面1的位置根據(jù)所得到曲面的情況而定，但被截曲面的邊界一定要符合點(diǎn)云并在兩支管的交匯處。且截面與第二條引導(dǎo)線應(yīng)垂直，以方便上下兩個(gè)曲面的連接。經(jīng)截取得到的曲面如圖4所示。

激活曲率變化相對規(guī)則的下半?yún)^(qū)域點(diǎn)云，按照一般導(dǎo)管的逆向建模方法得到三通管件的下部分曲，面如圖5所示。在截取下部分點(diǎn)云時(shí)，要盡量的多選取，并保證可以生成符合原點(diǎn)云的曲面。但是范圍不要超過截面1，以免對后期的連接造成不便。最后分別將上下兩側(cè)曲面用生成多截面曲面命令進(jìn)行連接，得到最終的曲面，如圖5所示。

2.2.3 曲面的曲率分析

曲線的質(zhì)量好壞直接影響到與之相關(guān)聯(lián)的曲面、模型等。而在曲面設(shè)計(jì)過程中或者曲面設(shè)計(jì)完成之后都需要對曲面進(jìn)行必要的分析，從而檢查曲面是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。在逆向設(shè)計(jì)的過程中，通過多截面曲面創(chuàng)建的曲面經(jīng)常會出現(xiàn)不能增厚的現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候如果運(yùn)用曲線曲面分析工具，可以較快的找出曲線或曲面上的“回折”或“尖峰”現(xiàn)象，從而找出優(yōu)化部位，完成建模。

CATIA為用戶提供了多種曲線和曲面的分析工具，如箭狀曲率、曲線（曲面）連接檢查等。箭狀曲率是指系統(tǒng)用箭狀圖形的方式來顯示樣條曲線上各個(gè)點(diǎn)的曲率變化情況。而連續(xù)性分析可以檢查曲線的連續(xù)性，其包括點(diǎn)連續(xù)分析、相切連續(xù)分析、曲率連續(xù)分析和交疊分析等。組合應(yīng)用這兩種分析工具可以得到高質(zhì)量的曲面，從而也可以得到滿足設(shè)計(jì)要求的曲面或模型。

曲面的箭狀曲率分析與曲線的分析原理、操作步驟一致，觀察的效果也很直觀，很明顯看到曲面上的“回折”和“尖峰”，顯示出構(gòu)造曲面所使用的曲線，即很容易看出是哪段的曲面連接出現(xiàn)了問題。

2.2.4 草圖修正法

在查找出問題曲面或曲線后，我們應(yīng)對構(gòu)成曲面的結(jié)構(gòu)曲線進(jìn)行修正。如圖6所示，草圖法的設(shè)計(jì)方法比較簡單，先將掃描數(shù)據(jù)的原始截面線投影到草圖中，作為構(gòu)造線，然后使用“樣條曲線”命令構(gòu)造曲線。在構(gòu)造時(shí)應(yīng)盡量避開缺陷部位（如焊縫、網(wǎng)格數(shù)據(jù)缺失部位）。草圖法操作簡單，由于樣條曲線的構(gòu)造邏輯簡單，所以可調(diào)節(jié)的范圍較大，是適應(yīng)性較強(qiáng)的方法。

3 結(jié) 論

三通管件在工程上有著非常重要的作用，由于裝配的需要，這類管件的逆向建模也會越來越多。三通類導(dǎo)管形狀各異，但建模的難點(diǎn)普遍都在主管和支管的連接處。CATIA的曲面構(gòu)造命令很多，可以通過倒角、變倒角、多截面曲面、掃掠等功能得到最接近理想的曲面。本文只簡要介紹了兩種三通管的建模方法，更多類型的管件建模方式還需要讀者進(jìn)一步探索。

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