陳恩連

（陽江市高級技工學校，廣東 陽江529500）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，3D打印技術的普遍應用，逆向工程技術使用也越來越廣泛。逆向工程的概念是從國外引進的，也俗稱為“抄數(shù)”或“三坐標點（測繪）造型”。逆向工程是以實物為依據(jù)，采用適當?shù)募夹g完成產(chǎn)品設計的過程，本質(zhì)是還原產(chǎn)品的設計意圖。逆向工程應用可分為仿制、改進設計和創(chuàng)新設計3個不同的層次，其應用領域非常廣泛，如制造業(yè)、醫(yī)療、服裝、文物保護、教育、考古、地理、軍事、展覽、娛樂等。本文中根據(jù)已有的齒輪泵產(chǎn)品利用手持三維掃描儀掃描得到點云數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)導入Siemens NX軟件進行逆向建模。

1 齒輪泵功能介紹

1.1 基準

通過觀察產(chǎn)品的分型線，確定產(chǎn)品主體為上下脫模?；诋a(chǎn)品上端蓋、泵體、端蓋和固定座的組配關系，在定制配合件的基準時，優(yōu)先考慮4個組件共用一個坐標系。而本案例可以在上端蓋上表面中心建立基準坐標系。

1.2 成型特征

本文齒輪泵的上端面、泵體和下端蓋的分型線比較簡單，都在底平面上方2 mm處。因此通過使用拆分體命令將整體拆分成兩部分，然后拔模。在設計過程中，可參考點云數(shù)據(jù)設計脫模斜度，并保證數(shù)模的脫模斜度不小于0.5°。

1.3 精度

產(chǎn)品在建模過程中會與點數(shù)據(jù)存在精度誤差，一般只須把最大誤差控制在±0.5 mm即可，但在設計一些特殊部位時就應謹慎制作要點如下：1）產(chǎn)品的頂平面及四周側面。兩者是用來定制產(chǎn)品基準的主要依據(jù)，因此制作的精度須盡可能控制在±0.2 mm內(nèi)。2）螺絲孔和齒輪軸安裝孔這些部位涉及裝配，應盡可能保證精度在±0.3 mm內(nèi)。

1.4 裝配

配合特征制作的要點如下：

1）各組件之間的安裝平面必須保證互相貼合。

3）主配合區(qū)域為產(chǎn)品的外觀特征，應保證外形的美觀。制作時上端蓋與泵體外側輪廓線的大小須一致，下端蓋的外形輪廓由泵體外形輪廓向內(nèi)偏置得到。

4）設計完成后，須檢查產(chǎn)品之間是否存在干涉。

2 造型實施

用Siemens NX軟件對齒輪泵進行逆向造型的基本流程為：建立坐標系→上端蓋建?！皿w建?！露松w建?！潭ㄗ！?/p>

2.1 建立坐標系

圖1 齒輪泵點云數(shù)據(jù)

1）打開Siemens NX 10軟件，選擇【文件】|【打開】命令，選擇【齒輪泵-點云數(shù)據(jù)】，單擊【OK】，導入的點云數(shù)據(jù)如圖1所示。點云數(shù)據(jù)由4部分組成，從上到下依次是上端蓋、泵體、下端蓋和固定座，分別放置在第11、12、13和14層。

2）使用【圖層設置】命令，僅顯示第11層，即上端蓋點云數(shù)據(jù)所在的層，如圖2所示。在上端蓋上表面中心建立基準坐標系。

圖2 上端蓋點云數(shù)據(jù)

圖3 上端蓋模

2.2 上端蓋建模

1）使用功能指令【拉伸】創(chuàng)建拉伸體，起始距離為0，結束距離為-14.8 mm，對拉伸體的底邊進行拔模，拔模角為2°，同時對拉伸體的四條豎邊倒大小為25.5 mm的斜角。

2）打開【測量距離】命令測得凸臺的寬度大約是39.8 mm，長度大約是63.8 mm，創(chuàng)建1條通過坐標原點且與X軸平行的直線，直線長度為63.8 mm。以上一步創(chuàng)建的直線為截面曲線，兩邊各偏置19.9 mm，創(chuàng)建1個拉伸體，并四邊倒R19.9 mm的圓角，選擇拉伸體的上邊緣進行拔模，拔模角度為2°，并創(chuàng)建R1.5 mm的邊倒圓特征。

該公司引進歐洲專業(yè)涂層設備，主要提供基于工模具行業(yè)的硬質(zhì)涂層和基于汽車零部件的耐磨減摩涂層服務。硬質(zhì)涂層主要采用磁控電弧技術，提供鉻鋁基的D+涂層、超硬切削的SC涂層、不銹鋼切削的專用SS涂層以及享有專利技術的鉻基EPAC涂層等?；谄嚵悴考腁risimit? DLC涂層則采用PECVD技術，專注于摩擦學涂層市場，以降低（汽車）組件的摩擦與磨損。

3）點擊【W(wǎng)CS原點】命令將工作坐標系放置在距離底面2 mm的位置處，以當前坐標系的XC-YC平面為工具，將基座拆分為兩部分，并對拆分出的實體拔模，角度為2°，同時對邊緣倒R1的圓角，最后將3個實體布爾求和。

4）制作2盲孔及4個螺絲孔，所得結果如圖3所示。

2.3 泵體建模

圖4 泵體點云數(shù)據(jù)

1）使用【圖層設置】命令，僅顯示第12層，即泵體點云數(shù)據(jù)所在的層，如圖4所示。

2）以上端蓋盲孔的中心為圓心，繪制1個直徑為36 mm的圓，用【變換】命令，將該圓關于平面鏡像復制，選擇上端蓋的邊，選擇【相切曲線】作為截面曲線，向下拉伸。

3）使用【W(wǎng)CS原點】命令，將WCS原點設置在上端蓋的底面上。以當前坐標系的XC-YC平面為工具修剪拉伸體，雙擊拉伸體，在對話框中將開始距離改為48.7 mm，使拉伸體與點云數(shù)據(jù)貼合。

4）選擇拉伸體的底面進行擴大，將面向上偏置14.4 mm，并拆分拉伸體。使用【邊倒圓】命令，創(chuàng)建半徑為14.5 mm的圓角特征。

5）使用【基本曲線】命令，根據(jù)點云特征繪制菱形，拉伸創(chuàng)建實體，通過布爾運算及修剪體功能完成通孔制作結果如圖5所示。

2.4 下端蓋建模

圖5 泵體模型

1）使用【圖層設置】命令，僅顯示第12層，即下端蓋點云數(shù)據(jù)所在的層，如圖6所示。

圖6 下端蓋點云

2）使用【拉伸】命令，以泵體的邊為截面曲線，起始距離為0，結束距離為-10 mm，拔模角度為-2°，創(chuàng)建拉伸體。使用【偏置面】命令，選擇拉伸體的側面，將其向內(nèi)偏置0.5 mm。

3）使用【W(wǎng)CS原點】命令，將工作坐標系放置在泵體圓弧邊的圓心上。繪制圓1和圓2，直徑分別為15 mm和32.6 mm，圓心均與泵體圓弧邊的圓心重合。使用【移動對象】命令，將圓2向X軸負方向移動1.6 mm，使圓2與點云數(shù)據(jù)貼合。創(chuàng)建直線并修剪，直線1和直線2關于XC-ZC平面對稱。

4）使用【拉伸】創(chuàng)建高度為24 mm的拉伸體，創(chuàng)建R11圓角特征，使用【替換面】以及【修剪體】等命令對點云進行編輯。制作螺絲孔以及盲孔，結果如圖7所示。

圖7 下端蓋模

2.5 固定座建模

圖8 固定座點云數(shù)據(jù)

1）打開【圖層設置】，僅顯示第14層，即固定座點云數(shù)據(jù)所在的層，如圖8所示。

2）將工作坐標系原點置于中心圓上表面的圓心處。通過【基本曲線】命令，創(chuàng)建1個以WCS 原點為圓心、直徑為83 mm的圓，并以圓為截面曲線創(chuàng)建拉伸體，得到開始距離為62.5 mm、結束距離為-3.5 mm的圓柱體。

3）使用【基本曲線】命令，創(chuàng)建一條通過WCS原點并且與YC軸平行的直線，以該直線為截面曲線創(chuàng)建片體，將片體向兩側各偏置30 mm。選擇下端蓋的底面，創(chuàng)建1個平面，將上一步創(chuàng)建的曲面向下偏置9 mm，

4）用【偏置面】命令將平面向內(nèi)偏置10 mm，然后將長方體從圓柱體中減去。

5）通過【基本曲線】創(chuàng)建1條通過WCS原點并且與XC軸平行的直線。拉伸該直線，方向為ZC軸，得到平面1。使用【移動對象】命令，將該平面繞ZC軸旋轉(zhuǎn)34°得到平面2，將平面1繞ZC軸旋轉(zhuǎn)-34°得到平面3。

6）使用【倒斜角】命令，創(chuàng)建大小為2°的倒角。使用【替換面】命令，將倒角面作相應替換。

7）使用【基本曲線】命令，創(chuàng)建以WCS原點為圓心，直徑分別為45.5 mm和20 mm的2個圓。拉伸以直徑為45.5 mm的圓曲線，起始距離超出固定座頂面，結束距離為-0.5，創(chuàng)建1個圓柱體。使用【求差】命令，將該圓柱體從固定座中減去。拉伸直徑為20 mm的圓曲線創(chuàng)建1個圓柱體，并將其從固定座中減去。

8）打開【抽取幾何特征】命令，抽取相應圓柱面。經(jīng)檢查，該圓柱面與下端蓋的相對位置關系正確，不存在干涉。

9）使用【拉伸】命令，以下端蓋的螺絲孔邊緣為截面曲線，創(chuàng)建2個圓柱體。用【減去】功能，將這2個圓柱體從固定座中減去，拉伸以下端蓋的螺絲孔邊緣為截面曲線，創(chuàng)建圓柱體，并修剪該圓柱體。然后將該圓柱面向外偏置3 mm。

10）用【基本曲線】繪制直徑為5 mm的圓。拉伸該圓截面曲線創(chuàng)建1個圓柱體，并將該圓柱體從固定座中減去。

11）根據(jù)固定座點云特征，使用【基本曲線】、【拉伸】、【布爾運算】等命令完成其余操作，最后創(chuàng)建R1和R2的圓角特征，結果如圖9所示。

3 結語

本文案例中利用NX軟件對齒輪泵點云特征進行處理，通過點構成曲線、線構成面、面構成體，最后通過實體進行特征編輯得到所需要的產(chǎn)品模型，通過NX逆向得到的產(chǎn)品模型精度高，與原產(chǎn)品較為貼合，因此該方法可在實際中得到廣泛應用。

圖9 固定座模