基于CATIA逆向工程的減震墊設(shè)計

　　簡要介紹了逆向工程在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用及逆向工程在CAITIA中的實現(xiàn)，并應(yīng)用CATIA軟件提供的逆向工程模塊對航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片減震墊進(jìn)行建模，最后提出了對逆向工程設(shè)計的幾點體會。

1、逆向工程概述

　　逆向工程又稱為反求工程或反向工程，是與正向工程相對的一種工程設(shè)計方法，是在對現(xiàn)有樣品的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)、材料、工藝、裝配、包裝等進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出結(jié)構(gòu)、性能等方面與樣品相似甚至更為先進(jìn)的產(chǎn)品。它的一般流程是先利用測量系統(tǒng)對現(xiàn)有的樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將測量數(shù)據(jù)輸入專業(yè)處理軟件或CAD/CAM系統(tǒng)中進(jìn)行樣品數(shù)字模型重建，最后利用重建所得數(shù)字模型進(jìn)行生產(chǎn)的一個過程。近年來出現(xiàn)了集成的逆向成型系統(tǒng)，是直接利用三維掃描儀進(jìn)行樣品表面數(shù)據(jù)采集后傳入三維打印機(jī)進(jìn)行快速成型加工的一種系統(tǒng)工具，主要應(yīng)用在模具設(shè)計行業(yè)。

　　本文探討的渦輪葉片減震墊是安裝在葉片榫頭深根部位，用來減輕相鄰葉片之間振動沖擊的彈性墊片，因其尺寸小，形狀復(fù)雜，用接觸式的三坐標(biāo)測量儀測量出來的點數(shù)據(jù)進(jìn)行模型重建時難度很大，且模型變形較大，精確度無法保證;所以在對其進(jìn)行逆向造型時采用非接觸式的掃描設(shè)備對其實體表面進(jìn)行掃描得到點云數(shù)據(jù)，再將該點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入CATIA V5中進(jìn)行數(shù)字模型重建。

2、CATIA V5實現(xiàn)逆向工程造型的一般過程

　　CATIA V5是一個高度集成的解決方案，利用它不但可以完成產(chǎn)品的逆向造型，而且能直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程分析、模具設(shè)計、加工裝配等一系列后續(xù)工作，所以使用CATIA V5實現(xiàn)逆向工程非常方便。

　　CATIA V5在逆向造型方面提供一種由三角網(wǎng)格面自動生成曲面的工具，但一般只適用于簡單而規(guī)則的曲面。對于形狀比較復(fù)雜的曲面，需要手工來完成曲面重建。一般地，手工的曲面重建可按以下步驟進(jìn)行：①引入點云數(shù)據(jù);②點云過濾;③剔除不規(guī)則點;④生成三維網(wǎng)格面;⑤畫輪廓線將網(wǎng)格三角面分區(qū);⑥創(chuàng)建規(guī)則區(qū)域的面(如平面、柱面等);⑦對非規(guī)則區(qū)域，建立曲線或曲線網(wǎng)絡(luò);⑧利用所建立的曲線及曲線網(wǎng)絡(luò)來創(chuàng)建曲面;⑨曲面修飾;⑩后續(xù)處理。

3、CATIA逆向工程在減震墊設(shè)計中的應(yīng)用

　　3.1、點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入與處理

　　進(jìn)入DSE(Digitized Shape Editor)工作平臺，使用Cloud Import命令導(dǎo)入減震墊的點云數(shù)據(jù)。因為該零件尺寸很小，為了保證建模的精度，在導(dǎo)入點云數(shù)據(jù)時可以利用比例因子選項將點云的空間尺寸調(diào)大。如果不放大尺寸，在利用掃描點進(jìn)行曲線創(chuàng)建時會因曲線的精度不夠而形成擬合度很小的折線段，此時也可以修改CATIA的顯示性能選項中的精度設(shè)置來提高曲線創(chuàng)建的精度，將默認(rèn)的“固定的”精度方式改成“按比例”且把比例調(diào)至足夠小即可。導(dǎo)入的減震墊點云數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 導(dǎo)入點云數(shù)據(jù)

　　導(dǎo)入點云后，使用Cloud Remove和Cloud Filtering命令對點云進(jìn)行處理，得到處理過的點云數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 處理過的點云

4、結(jié)束語

　　本文主要介紹了逆向工程的應(yīng)用現(xiàn)狀以及在CATIA中實現(xiàn)逆向工程設(shè)計的方法，并成功地實現(xiàn)了航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片減震墊的逆向造型�；�于前人的工作及本人的探索，筆者在逆向工程技術(shù)應(yīng)用方面得出以下幾點體會：

　　(1)逆向工程是一個“認(rèn)識原型——再現(xiàn)原型——超越原型”的學(xué)習(xí)加創(chuàng)新的過程，而不能只拘泥于再現(xiàn)原型，更不能在尚未認(rèn)識原型的基礎(chǔ)上簡單地再現(xiàn)原型。

　　(2)在應(yīng)用逆向工程技術(shù)時一定要對原型進(jìn)行深入地分析，盡量領(lǐng)會其設(shè)計理念與設(shè)計意圖，理解其設(shè)計原理，掌握其設(shè)計方法，從而達(dá)到或超過原型的性能。

　　(3)在進(jìn)行零部件逆向工程設(shè)計時要從總體的角度去考慮，要充分考慮到零部件本身的功能、材料、工作原理以及與其有裝配關(guān)系的相鄰零部件的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸等因素。