基于CATIA的微型車驅(qū)動橋殼的逆向設(shè)計

王迪 楊敏 鄭華 趙琪 呂德剛

摘 要：汽車驅(qū)動橋殼是汽車驅(qū)動橋的重大總成部分。汽車驅(qū)動橋殼在加工制造過程中，涉及多種工藝，如沖壓、焊接、噴漆等，驅(qū)動橋殼體受到多種載荷，對驅(qū)動橋殼體進(jìn)行建模分析，是解決驅(qū)動橋殼體受力不均衡的重要方法之一。對驅(qū)動橋殼體逆向建模，一般使用3D掃描儀進(jìn)行掃描，然后導(dǎo)入軟件生成三維模型。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋殼；CATIA；逆向設(shè)計；

1、前言

汽車驅(qū)動橋殼是汽車驅(qū)動橋的重要組成部件件，在汽車設(shè)計中占有重要的地位。通過逆向設(shè)計，可以對驅(qū)動橋殼體進(jìn)行總體受力分析，將原產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，同時獲得其數(shù)學(xué)模型，有利于后期虛擬裝配和受力分析[1] [2]。

2、零件掃描過程：

本次逆向設(shè)計采用的3D掃描儀是加拿大Creaform HandySCAN 300TM型掃描儀，精度為0.030 毫米，分辨率為0.050 毫米，其主要優(yōu)勢在于：對環(huán)境條件、參數(shù)設(shè)置和用戶技術(shù)能力要求不高，經(jīng)過簡單培訓(xùn)，一般都能實現(xiàn)高精確性的掃描。光源采取3束交叉激光線條，測量區(qū)域比較大，可以達(dá)到225毫米×250毫米，測量速率為205，000 次測量/秒，總體來說掃描速度也比較快，可以生成.dae、.fbx、.ma、.obj等多種輸出格式。掃描儀外形圖如圖1所示，掃描過程如圖2所示。

3、驅(qū)動橋殼零部件建模：

CATIA逆向工具是集成于CATIA軟件中一個專用模塊，具有良好的兼容性，能快速識別多種三維模型格式。一般都是把通過3D掃描儀獲得的點云，導(dǎo)入CATIA逆向模塊，選擇和設(shè)置逆向模塊中的命令，生成直接生成曲面，或者生成曲線后再生成的多個特征線，進(jìn)入曲面模塊擬合曲面，最終在實體模塊中生成實體[3] [4]。首先進(jìn)入逆向點群編輯模塊，點擊導(dǎo)入按鈕，選擇目標(biāo)文件，導(dǎo)入點云文件，并對點云進(jìn)行清理，刪除掃描過程中生成的多余點云，檢查點云質(zhì)量，對點云進(jìn)行修補(bǔ)、柔化等處理，為逆向工作做準(zhǔn)備。

3.1點云的導(dǎo)入與修剪

重復(fù)之前的步驟將點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，通過逆向點群編輯模塊里的移除命令修剪多余的點云，最后結(jié)果如圖1所示。

3.2模型的重建

進(jìn)入快速曲面重建模塊，選取YZ面為截面平面，點擊平面截取命令，獲取點云和平面相交輪廓線，然后單擊開始菜單中的零件設(shè)計模塊，選取截面所在平面，進(jìn)入草圖編輯器，通過直線、快速修剪等命令對點云截面輪廓線進(jìn)行擬合。退出草圖編輯器后單擊旋轉(zhuǎn)體命令，對所畫的草圖進(jìn)行以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)如圖2、圖3所示。

隱藏旋轉(zhuǎn)體后在點云的上平面處單擊，選擇平面創(chuàng)建命令，然后使用該平面切面命令再次截取點云，獲得輪廓線。再次進(jìn)入草圖編輯器，對點云截面輪廓線進(jìn)行擬合。退出草圖編輯器后，運(yùn)用凹槽命令移除多余實體部分。

進(jìn)入快速曲面重建模塊，單擊平面生成命令選取側(cè)面并創(chuàng)建平面，然后通過平面切面命令獲取其輪廓線，將輪廓線投影到左側(cè)新建的平面上，用“凸臺”命令生成凸臺。再按照點云的形狀完成多余部分的移除，使用鏡像命令生成驅(qū)動橋殼的對稱部分。按照類似的方法生成安裝座、兩側(cè)法蘭盤等，最后對整個驅(qū)動橋殼體倒圓、倒角，在整個軟件界面內(nèi)隱藏點云，生成實體結(jié)果如4所示。

5、結(jié)語：

本文結(jié)合了逆向工程在工業(yè)中的實際應(yīng)用，研究了逆向工程的關(guān)鍵性方法，解決了逆向技術(shù)實際應(yīng)用中遇到的一些問題，實踐證明，選擇CATIA軟件作為逆向工程的后處理軟件，通過逆向工程重建汽車各種零部件的模型，能夠獲得較高質(zhì)量的三維模型、縮短設(shè)計和制造周期、進(jìn)行載荷及裝配分析、有效提高設(shè)計精度，能夠使高質(zhì)量產(chǎn)品快速地進(jìn)入市場，以提高企業(yè)競爭力。因此，逆向工程設(shè)計對于汽車零部件建模及再生產(chǎn)具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]許智欽，孫長庫. 3D逆向工程技術(shù)[M].北京：中國計量出版社 2012.

[2]尤春風(fēng). CATIA V5曲面造型[M].北京：清華大學(xué)出版社 2012.

[3]李豐，惠延波，吳小晴. 多視數(shù)據(jù)拼合的三基準(zhǔn)點精確選取技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2010（1）：201-203.

[4]何偉.基于CATIA的逆向工程自由曲面重構(gòu)技術(shù)[J]. 制造業(yè)自動化，2013，35（03）：114-116