基于CATIA的微型車主減速器的逆向設(shè)計*

陳義宇　呂德剛　劉豪　屠金宇　齊曉杰

（黑龍江工程學(xué)院，黑龍江　哈爾濱 150050）

目前國內(nèi)對于逆向工程的研究及應(yīng)用大致可分為以下幾個方面：①在產(chǎn)品仿制中的應(yīng)用。即對零件原型進(jìn)行三維逆向設(shè)計，形成零件的設(shè)計圖紙或CAD二維模型，并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工代碼，加工生產(chǎn)出一個完全相同的零件；②在新產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用；③在舊產(chǎn)品、舊設(shè)計的更新?lián)Q代［1，2］。

汽車主減速器是汽車上的一個常見部件，通過逆向設(shè)計，可以獲得其數(shù)學(xué)模型，有利于再生產(chǎn)或技術(shù)改進(jìn)以及工藝技術(shù)提升。

1　主減速器零部件掃描及建模

采用加拿大Creaform HandySCAN 300TM型掃描儀，對某微型車主減速器各部分零件進(jìn)行掃描，獲得點云文件。逆向過程如下：

1.1　點云的導(dǎo)入與修剪

首先打開CATIA軟件，進(jìn)入逆向點群編輯模塊，CATIA逆向工具集成于這一專用模塊中，但這一模塊，不能單獨完成逆向的任務(wù)，必須和曲面工具、實體工具相組合［3，4］。點擊導(dǎo)入按鈕，選擇3D掃描儀生成的文件，導(dǎo)入點云數(shù)據(jù)。選擇移除命令后，選中目標(biāo)點云，選取多余的點云刪除，實現(xiàn)點云文件的清理。

1.2　模型的重建

進(jìn)入快速曲面重建模塊，單擊平面切面命令，選取YZ面為截面獲取點云的圖形輪廓線，然后單擊開始菜單中的零件設(shè)計命令，然后選取截面所用平面，進(jìn)入草圖編輯器。通過直線、快速修剪等命令對點云截面輪廓線進(jìn)行擬合。退出草圖編輯器后選擇旋轉(zhuǎn)體命令，對之前所畫的草圖以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。

選取下方斜面提取元素后，在定義相交的斜面上創(chuàng)建一個平面，在這個平面上創(chuàng)建草圖，即齒在此面上的輪廓線。接著通過圓形陣列、對稱、直線等命令將齒的輪廓線補足，然后運用填充曲面和結(jié)合命令將輪廓擬合成缺口的形狀，如圖1所示。采取圓形陣列方式將其陣列，用接合命令將所有曲面結(jié)合到一起，如圖2所示。

圖1　接合圖

圖2　圓形陣列

將這些曲面用多截面實體或者分割命令選中，然后從旋轉(zhuǎn)體中移除多余部分。然后在上下底面上做出凹槽，接著在底面上畫出孔的直徑，做出中間通孔。最后用旋轉(zhuǎn)槽命令將齒部上倒角部分截去，如圖3。最終完成的零件如圖4所示。

圖3　旋轉(zhuǎn)槽

圖4　齒輪完成圖

按照上述方法將主減速器其他零部件分別逆向出來，從動錐齒輪、差速器殼體等如圖5圖6所示：

圖5　從動錐齒輪

圖6　差速器殼體

3　主減速器的裝配

進(jìn)入裝配設(shè)計工作界面，單擊相合約束命令，將要裝配部件進(jìn)行同心約束，單擊接觸約束對部件進(jìn)行接觸面約束，然后單擊全部更新，更新后完成的部件裝配如圖7所示。接著加入其他部件并進(jìn)行相關(guān)裝配操作，施加各種裝配約束，如相合約束、接觸約束等，最后裝入主減速器殼體，如圖8所示。

圖7　差速器及從動錐齒輪

圖8　主減速器

4　結(jié)語

本文結(jié)合了逆向工程在工業(yè)中的實際應(yīng)用，研究了逆向工程的關(guān)鍵性技術(shù)以及在實際應(yīng)用中遇到的一些問題。主要的研究工作及成果如下:

選擇CATIA軟件來完成逆向工程的后處理，并且使用Creaform HandySCAN 300TM手持光學(xué)掃描儀來取得主減速器零部件的點云數(shù)據(jù)。

研究點云數(shù)據(jù)的處理方法，得出在逆向工程中處理點云數(shù)據(jù)的一般流程，并應(yīng)用CATIA軟件完成驅(qū)動器的點云數(shù)據(jù)處理工作，獲得較為完整和正確的點云數(shù)據(jù)以進(jìn)行后續(xù)模型重建工作。

明確基于CATIA軟件進(jìn)行的逆向工程的基本要求：在建模過程中要精確的反映出設(shè)計意圖，根據(jù)要求進(jìn)行建模，不要追求速度，要追求效率，同時保證建模的速度和質(zhì)量。

總之，通過逆向工程重建各種機械零部件的模型能夠有效提高設(shè)計精度，獲得較高質(zhì)量的三維模型，大幅度縮短設(shè)計和制造周期，使產(chǎn)品能夠更加快速地進(jìn)入市場以提高企業(yè)競爭力。因此，逆向工程對于工業(yè)生產(chǎn)而言具有十分重要的意義。

［1］許智欽，孫長庫.3D逆向工程技術(shù)［M］.北京:中國計量出版社，2002.

［2］何偉.基于CATIA的逆向工程自由曲面重構(gòu)技術(shù)［J］.制造業(yè)自動化，2013（06）：114-116.

［3］李豐，惠延波，吳小晴.多視數(shù)據(jù)拼合的三基準(zhǔn)點精確選取技術(shù)研究［J］.機械設(shè)計與制造，2010（1）：201-202.

［4］趙勇力，孫超，董成文，等.基于CATIA的逆向工程在工件三維重建中的應(yīng)用［J］.中國鐵路.2015（6）：86-89.