基于CATIA軟件的導(dǎo)管逆向設(shè)計(jì)

匡志華

摘 要：文章首先描述了目前導(dǎo)管類零件在生產(chǎn)制造上存在的不足，介紹了利用逆向工程解決此類問題的思路。通過掃描導(dǎo)管，將實(shí)體信息轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格或點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并借助CATIA軟件設(shè)計(jì)成三維模型，其次分析了逆向過程中掃描操作、點(diǎn)云過濾、母線設(shè)計(jì)、截面線設(shè)計(jì)以及分離面設(shè)計(jì)等方面的基本要求，最后提出了應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)要求等信息完善模型。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管；CATIA；逆向工程

中圖分類號：TH126 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0001-02

近年來，隨著數(shù)字制造技術(shù)的迅速發(fā)展，國內(nèi)導(dǎo)管的制造水平得到了很大的提高，非焊接導(dǎo)管已基本可以通過數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加工，但對于焊接類導(dǎo)管，在實(shí)際裝配中需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，其形狀與原導(dǎo)管的差異也會(huì)較大，這就給更改理論模型帶來了很大困難。

根據(jù)模型與零件出現(xiàn)的先后關(guān)系，我們可以將生產(chǎn)過程分為正向工程與逆向工程。逆向工程的思路是通過已有的產(chǎn)品來進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，由于其獨(dú)特性，既能滿足數(shù)字化制造的需要，又可以在原產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級。目前在汽車、醫(yī)療、航空、航天、虛擬環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。同樣，通過逆向工程將敲修后的導(dǎo)管零件轉(zhuǎn)化為三維模型，是導(dǎo)管制造的有效方法。

1 導(dǎo)管制造

導(dǎo)管零件結(jié)構(gòu)形式為雙端口或多端口；端口一般為圓形，過渡段帶擴(kuò)口或者縮口。由于飛機(jī)空間有限，為了盡可能節(jié)省導(dǎo)管所占空間，必須將導(dǎo)管彎曲成各種形狀，同時(shí)避免互相干涉。在實(shí)際生產(chǎn)裝配中，導(dǎo)管零件通常需要重新制造。通常需要先敲修導(dǎo)管形成實(shí)樣，并以實(shí)樣為依據(jù)，制造出零件模胎。這種方法不易控制導(dǎo)管的各部位尺寸，工作較為費(fèi)力，工作量大。即使由有經(jīng)驗(yàn)的工人進(jìn)行操作，并且工裝制造也麻煩。

2 逆向工程

2.1 定 義

逆向工程，是指用某種手段對實(shí)物或工裝進(jìn)行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過CAD方法重構(gòu)實(shí)物CAD模型的方法。

2.2 CATIA逆向功能

對于CATIA的逆向工程，主要是利用點(diǎn)云或者網(wǎng)格設(shè)計(jì)出模型建立的的基本元素：點(diǎn)、線和面。經(jīng)過優(yōu)化處理，建立模型，使之達(dá)到符合要求的狀態(tài)。CATIA逆向工程主要的模塊為數(shù)字化曲面編輯Digtized Shape Editor（簡稱DSE）以及快速曲面創(chuàng)建Quick Surface Reconstruction（簡稱QSR），兩者分別針對逆向設(shè)計(jì)中的兩個(gè)階段。部分逆向掃描設(shè)備采集形成的為點(diǎn)云。由于點(diǎn)云包含數(shù)量極其龐大的點(diǎn)，不利于設(shè)計(jì)時(shí)分辨零件特征。針對這個(gè)問題，需要通過DSE模塊，將點(diǎn)云形成網(wǎng)格。網(wǎng)格無法直接用于零件生產(chǎn)，還需要在QSR模塊下，將網(wǎng)格處理為表面質(zhì)量更好的曲面。

3 導(dǎo)管逆向建模方法

3.1 掃描要求

采用逆向技術(shù)解決導(dǎo)管制造的優(yōu)點(diǎn)在于可以完全保留敲修后的輪廓。為更好的進(jìn)行掃描操作以及后期的逆向設(shè)計(jì)，導(dǎo)管表面應(yīng)具備較好的光滑度，不應(yīng)出現(xiàn)變化過于劇烈的部位。

3.2 點(diǎn)云篩選

一般情況下，掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量較大，需要依據(jù)零件表面的曲度變化，如圖1所示，篩選合適的數(shù)據(jù)量，使得既可以保留表面的重要特征，又能提高運(yùn)算效率，并且更好的利用系統(tǒng)空間。從設(shè)計(jì)角度考慮，曲度大的部位，需要多一些的點(diǎn)表示零件特征；曲度小的部位，選擇少量的點(diǎn)即可表示零件形狀。由于導(dǎo)管類零件大部分表面的曲度比較類似，因此通常采用平均取點(diǎn)的過濾方式，如圖2所示。

[圖2 過濾]