基于Gemagic Design X的機油泵零件逆向建模

沈羽

摘要：以機油泵零件為研究對象，應用Geomagic Design X軟件進行了數(shù)字模型重構、關鍵建模環(huán)節(jié)分析設計，并對獲得模型特征進行了偏差數(shù)據(jù)對比分析。其結果表明：該建模方法可良好的保證所求模型的精準度，完整性，曲面精確性及光順度均能得到保障，此方法適用于復雜零件的逆向反求。

關鍵詞：機油泵 ;逆向建模;Geomagic Design X;偏差測試

0 ?引言

逆向工程技術目前已廣泛應用于產品的復制、仿制、改進及創(chuàng)新設計，是消化吸收先進技術和縮短產品設計開發(fā)周期的重要支撐手段。Geomagic Design X提供了一個全新的又為大家所熟悉的建模過程，它不僅支持所有逆向工程的工作流程，而且創(chuàng)建模型的設計界面和過程與主流CAD應用程序很相似，用SolidWorks、CATIA、Creo（Pro/E）或Siemens NX等進行設計工作的工程師，可以直接使用Geomagic Design X進行建模設計。Geomagic Design X不僅擁有參數(shù)化實體建模的能力，還擁有NURBS曲面擬合能力，能夠利用這兩種能力共同創(chuàng)建有規(guī)則特征及自由曲面特征的CAD模型。本文以機油泵零件為研究對象，應用Geomagic Design X軟件進行數(shù)字模型重構。結合軟件在逆向設計中的應用重點，對零件逆向設計中的幾何形狀創(chuàng)建、布爾合成及模型偏差數(shù)據(jù)對比分析進行介紹。

1 ?模型結構分析及建模思路

機油泵在潤滑系統(tǒng)中，可迫使機油自油底殼送到引擎運動件的裝置。機油泵是用來使機油壓力升高和保證一定的油量，向各摩擦表面強制供油的部件。如圖1為現(xiàn)有機油泵零件，從模型結構分析可知，該零件結構復雜，主要有箱體類，軸類回轉體，大量的曲面特征等。因此可以將模型零部件分為幾大類進行處理。

對于不涉及曲面特征部分圖2，可采用拉伸實體建模。但對于圖3軸類回轉體特征部分，采用回轉、幾何形狀建模方法。對于如圖4部分，采用了面片擬合曲面剪切拉伸實體方法。最后通過布爾命進行布爾合成，完成實體實體間的剪切與修整，如圖5。

2 ?逆向模型構建

2.1 面片數(shù)據(jù)的領域分割與坐標對齊

對于掃描后并在Wrap軟件中進行過點云數(shù)據(jù)處理的面片模型，要進行領域組的劃分，便于后期處理。領域組的劃分是依據(jù)點云模型的特征和曲率，自動將面片模型分割為不同的幾何領域，以方便后期進行單元領域的選擇和提取。對于本模型采用了自動分割領域命令，“敏感度”設置為10，完成領域劃分。然后利用手動對齊命令，采用3—2—1對齊方式，“平面”選擇底面的平面領域，“線”選擇側面的平面領域，完成對齊。

2.2 關鍵環(huán)節(jié)逆向建模設計

2.2.1 回轉、幾何形狀建立實體

機油泵零件中的軸為規(guī)則特征圓柱，可采用回轉體建模。其關鍵在于參照線的提取，可以選擇Design X中“追加參照線”命令，“方法”選擇檢索圓柱軸，“要素”選擇面片數(shù)據(jù)中的圓柱，得到參照線。繪制圓柱草圖，選擇回轉命令， “輪廓”為剛繪制的草圖，“軸”為追加的參照線，即可回轉建立實體。提取圓柱、圓柱的參照線，也就是中心軸線，一般用于回轉體的逆向建模。

在軸體建好之后，對于其上的軸孔如則可利用幾何形狀工具，選擇“手動提取形狀”，“創(chuàng)建形狀”為圓柱，延長比率為50%，“領域”為圖中所示圓柱領域，建立一個圓柱。

選擇特征樹中的圓柱，打開回轉參數(shù)窗口，“結果運算”選為剪切，完成修改，再選擇倒角命令，倒圓角并完成建模，如圖6。用同樣的方法制作另外兩個特征，必要時可以對領域進行修改以得到規(guī)整的幾何形狀，便于建模。

2.2.2 利用布爾合成進行實體合并

選擇布爾運算命令，把已經建立的所有實體進行合并。然后對模型局部特征進行修改。選擇圖中所示領域，單擊面片草圖命令，得到輪廓線，繪制草圖輪廓如圖7。

之后可以選擇拉伸命令，“方向”中的長度為195mm，“反方向”中的長度為10mm，“結果運算”為剪切，點擊確定按鈕，即可得到實體。

接下來可以采用同樣的方法，制作其他兩處模型的特征，最終完成建模，得到逆向建模的最終效果如圖8。

3 ?偏差分析校驗

Geomagic Design X 軟件提供了偏差測試（Accuracy Analyzer）分析方法，可以將創(chuàng)建完成的三維實體或曲面模型與原始的掃描數(shù)據(jù)進行體偏差測試，在偏差分析對比時，當呈現(xiàn)綠色時，說明模型與原物體完全符合。若呈現(xiàn)紅色，說明模型表面高于原物體，若呈現(xiàn)藍色，說明模型表面低于原物體。此處對所建機油泵零件模型進行體偏差測試分析，由體偏差色圖圖8可看出基本處于綠色，得知最終構建模型偏差處于正常允許范圍內，符合模型建立要求。

4 ?結論

從本文零件建模過程分析可看出，Geomagic Design X在數(shù)據(jù)建模階段，軟件提供拉伸、回轉、掃描、放樣等標準實體建模和面片擬合、自動曲面、境界擬合等曲面建模的工作流程，極大的方便了使用者操作。同時，軟件還擁有內置實時偏差檢測工具，可以實時監(jiān)控建模質量。向使用者提供了其他現(xiàn)有逆向工程軟件不具備的高質量建模功能，將3D掃描技術和逆向設計技術進行了完美的整合，提高了設計者的效率。

本文基于 Geomagic Design X 軟件，就機油泵零件三維逆向建模中的關鍵環(huán)節(jié)進行了分析，結合機油泵模型的結構特點和要求，采用了合適的逆向建模特征工具，并對其進行了偏差分析對比，得出其快速建模方法能切實滿足模型結構的設計要求，同時保證了建模的精度，此種逆向建模方法有助于產品創(chuàng)新開發(fā)，節(jié)約研發(fā)成本。

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