復雜零件在裝配模塊下的擬合方法

摘 要：隨著飛機技術性能的不斷提高和數控加工技術的廣泛應用，數控零件的數量在不斷增多，尤其是大型整體結構件的增加更為顯著。大型整體結構件往往都是由理論外緣、交點孔、結合槽口和各種異型切面組合而成的復雜組合體，具有體積較大，鑄件毛料結構復雜，毛料成本、加工成本高的特點。在數控加工準備階段，為了確定加工原點，需要測量出毛料件在各個位置上的余量。傳統的手工測量不但測量周期長，工作量大，且測量結果不準確。在面對結構復雜的毛料時，手工測量只能照顧到關鍵位置的尺寸，容易忽略零件上的筋條等細小結構，加工時往往由于一個小的誤差就會導致零件的報廢，造成較大的損失。通過掃描得到的數據，其空間坐標系與飛機坐標系并不一致，需要進行調整。對于復雜的機械加工類零件，通過CATIA數字化外形編輯器中的Clouds Aligning命令已經不能滿足比對要求。而利用CATIA裝配模塊的幾種約束和移動方式，可以將掃描數據移動到零件數模近似的對應位置，作為比對分析的一種方法，為數控單元的零件加工提供近似依據。

關鍵詞：數字化；整體結構件；逆向對比；外形編輯器

1 設計思路

用逆向工程的非接觸式測量技術，結合CATIA軟件，采用數字化的方式，將毛料的掃描數據與零件數模進行全方位的比對，得到毛料與零件的最佳相對位置，以確定毛料與零件在各個方向、位置上的差值，從而確定最優的加工原點。逆向工程可以迅速、精確、方便地獲取毛料的三維數據及模型，為產品制造提供原始數據。使用CATIA進行數字化對比，可以任意調整毛料與零件數模的相對位置，快速準確的測量出各個位置的差值。運用此方法，不僅可以提高生產效率，還可以有效的提高成品率，節約大量本。首先確定基準特征，在掃描數據內提取基準特征，與理論模型進行約束，而后將點云通過移動旋轉等命令與理論數模擬合，最后將擬合后的數據進行測量與分析。

2 設計方法

2.1 近似基準的確定

在逆向對比過程中，首先需要確定對齊采用的近似基準。近似基準是對比過程中的重要因素，可以快速的對點云進行近似定位。

2.1.1 近似基準的確定原則

近似基準的確定主要由零件的幾何特征決定，對于一般有明顯特征的零件，或由數控加工廠提出（已經加工好的銑切面，或毛料某處與真實零件的余量），基準一般由一個平面和一個點組成，近似基準的作用是最快速的將點云定位，為之后的手工微調打下基礎。

2.1.2 近似基準的設計

基準的設計工作在QSR模塊下進行。基準面的設計通過一次基本特征識別命令就可以得到。而基準點只要在點云上直接建立即可。圖1中為一較復雜零件，此零件有兩個明顯的近似平面，故可任意選取其中一個平面為基準平面，另再選取一點作為擬合的基準點。

2.1.3 坐標系擬合

裝配模塊下的坐標系擬合，主要通過裝配約束命令來實現。通常情況應分別對基準點和基準面進行距離約束。

在CATIA裝配模塊下，使用“約束”工具欄下的“偏移約束”，先選擇掃描數據中設計的基準點，再選擇零件模型中的基準點所對應的平面，彈出對話框，將約束距離數值設置為0，確定。

在結構樹上，找到“偏移約束”的位置，右擊選擇“更新”后，掃描數據移動到新位置。

用同樣的方法，可以將基準面進行約束。得到結果如圖2。

有時僅選用單個基準面和基準點并不能達到近似擬合的效果，可多添加幾個基準點，進行約束，以達到最好的近似擬合效果。

2.2 手動調節

近似擬合后的零件并不能滿足測量和分析的需要，需要手動微調以達到點云與零件的最佳擬合狀態。

2.2.1 確立主要視圖

一般情況下，被擬合零件的結構較復雜，要確立主要視圖（圖3），找出有偏差的部位。移動點云的過程中，要先保證主要視圖的對齊，滿足主要視圖重合的前提下，再保證零件的筋條、下陷等部位的重合。

2.2.2 點云的移動

點云的手動移動在裝配模塊下進行，主要使用的是“移動”工具欄下的“操作”命令。

在手動微調的過程中主要使用“按任意軸移動”命令和“按任意軸轉動”命令。首先觀察點云與零件數模的相對位置，使用“按任意軸移動”命令，在零件上選擇移動軸線（也可自行在草圖中建立軸線），點擊點云，沿圖4中箭頭方向拖動點云，拖動過程要盡量慢，行程要盡量短，使點云與零件位置更加接近。

繼續觀察零件與點云的相對位置，找出不重合部分，使用“按任意軸轉動”命令，在零件上選擇適合的轉動軸線，點擊點云，按契合方向轉動點云。在轉動的過程中，也要做到“盡量慢，盡量緩”，以免轉動過度。

依照如上方法，依次對齊幾個主要視圖，達到擬合的要求后，依次查看掃描數據的筋條、下陷等位置是否與零件數模的筋條，下陷等位置重合。如擬合度不是很高，則要繼續進行輕微的微調，直至掃描數據與零件數模達到最佳擬合狀態。

3 結束語

本方法適合復雜的零件與其掃描數據的對比，利用裝配模塊的移動和約束等命令完成零件與其毛料掃描數據的對比。在后期手動微調的過程中，比較考驗操作人員的移動、轉動手法及耐心，往往一個擬合過程需要長時間的細致的操作后才能達到最佳擬合狀態。

參考文獻

[1]金濤，童水光.逆向工程技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]高東強，楊飛，閏媛媛.逆向工程在塑料產品及其模具設計中的應用[J].中國塑料，2014，28（1）：99-102.

作者簡介：王志宏（1990，10-），男，漢族，遼寧凌源，本科，助理工程師，中航工業沈陽飛機工業（集團）有限公司制造數據中心，研究方向：模線樣板。