沈羽

摘要：以機(jī)油泵零件為研究對(duì)象，應(yīng)用Geomagic Design X軟件進(jìn)行了數(shù)字模型重構(gòu)、關(guān)鍵建模環(huán)節(jié)分析設(shè)計(jì)，并對(duì)獲得模型特征進(jìn)行了偏差數(shù)據(jù)對(duì)比分析。其結(jié)果表明：該建模方法可良好的保證所求模型的精準(zhǔn)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(fù)雜零件的逆向反求。

關(guān)鍵詞：機(jī)油泵 ;逆向建模;Geomagic Design X;偏差測(cè)試

0 ?引言

逆向工程技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的復(fù)制、仿制、改進(jìn)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，是消化吸收先進(jìn)技術(shù)和縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期的重要支撐手段。Geomagic Design X提供了一個(gè)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(shè)計(jì)界面和過程與主流CAD應(yīng)用程序很相似，用SolidWorks、CATIA、Creo（Pro/E）或Siemens NX等進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的工程師，可以直接使用Geomagic Design X進(jìn)行建模設(shè)計(jì)。Geomagic Design X不僅擁有參數(shù)化實(shí)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(jī)油泵零件為研究對(duì)象，應(yīng)用Geomagic Design X軟件進(jìn)行數(shù)字模型重構(gòu)。結(jié)合軟件在逆向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用重點(diǎn)，對(duì)零件逆向設(shè)計(jì)中的幾何形狀創(chuàng)建、布爾合成及模型偏差數(shù)據(jù)對(duì)比分析進(jìn)行介紹。

1 ?模型結(jié)構(gòu)分析及建模思路

機(jī)油泵在潤(rùn)滑系統(tǒng)中，可迫使機(jī)油自油底殼送到引擎運(yùn)動(dòng)件的裝置。機(jī)油泵是用來使機(jī)油壓力升高和保證一定的油量，向各摩擦表面強(qiáng)制供油的部件。如圖1為現(xiàn)有機(jī)油泵零件，從模型結(jié)構(gòu)分析可知，該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要有箱體類，軸類回轉(zhuǎn)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(jìn)行處理。

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

2 ?逆向模型構(gòu)建

2.1 面片數(shù)據(jù)的領(lǐng)域分割與坐標(biāo)對(duì)齊

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

2.2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)逆向建模設(shè)計(jì)

2.2.1 回轉(zhuǎn)、幾何形狀建立實(shí)體

機(jī)油泵零件中的軸為規(guī)則特征圓柱，可采用回轉(zhuǎn)體建模。其關(guān)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(zhuǎn)命令， “輪廓”為剛繪制的草圖，“軸”為追加的參照線，即可回轉(zhuǎn)建立實(shí)體。提取圓柱、圓柱的參照線，也就是中心軸線，一般用于回轉(zhuǎn)體的逆向建模。

在軸體建好之后，對(duì)于其上的軸孔如則可利用幾何形狀工具，選擇“手動(dòng)提取形狀”，“創(chuàng)建形狀”為圓柱，延長(zhǎng)比率為50%，“領(lǐng)域”為圖中所示圓柱領(lǐng)域，建立一個(gè)圓柱。

選擇特征樹中的圓柱，打開回轉(zhuǎn)參數(shù)窗口，“結(jié)果運(yùn)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(gè)特征，必要時(shí)可以對(duì)領(lǐng)域進(jìn)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(jìn)行實(shí)體合并

選擇布爾運(yùn)算命令，把已經(jīng)建立的所有實(shí)體進(jìn)行合并。然后對(duì)模型局部特征進(jìn)行修改。選擇圖中所示領(lǐng)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(zhǎng)度為195mm，“反方向”中的長(zhǎng)度為10mm，“結(jié)果運(yùn)算”為剪切，點(diǎn)擊確定按鈕，即可得到實(shí)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(yàn)

Geomagic Design X 軟件提供了偏差測(cè)試（Accuracy Analyzer）分析方法，可以將創(chuàng)建完成的三維實(shí)體或曲面模型與原始的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行體偏差測(cè)試，在偏差分析對(duì)比時(shí)，當(dāng)呈現(xiàn)綠色時(shí)，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(lán)色，說明模型表面低于原物體。此處對(duì)所建機(jī)油泵零件模型進(jìn)行體偏差測(cè)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(gòu)建模型偏差處于正常允許范圍內(nèi)，符合模型建立要求。

4 ?結(jié)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(zhuǎn)、掃描、放樣等標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體建模和面片擬合、自動(dòng)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(shí)，軟件還擁有內(nèi)置實(shí)時(shí)偏差檢測(cè)工具，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控建模質(zhì)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(zhì)量建模功能，將3D掃描技術(shù)和逆向設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了完美的整合，提高了設(shè)計(jì)者的效率。

本文基于 Geomagic Design X 軟件，就機(jī)油泵零件三維逆向建模中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，結(jié)合機(jī)油泵模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求，采用了合適的逆向建模特征工具，并對(duì)其進(jìn)行了偏差分析對(duì)比，得出其快速建模方法能切實(shí)滿足模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證了建模的精度，此種逆向建模方法有助于產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)，節(jié)約研發(fā)成本。

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