复杂长桁类零件逆向建模方法探究

复杂长桁类零件逆向建模方法探究

郭禹彤

沈阳飞机工业（集团）有限公司制造数据中心

摘要长桁类零件是以平缓面为主的零件结构，长桁类零件逆向建模难点主要在于复杂铣切区的构建和平缓面与复杂形状结构的衔接。本文介绍了以上问题的解决办法，并对不同建模方法进行了比较和总结。

关键词逆向建模；球面；长桁；点云；优化

1、概述

逆向建模技术，是一种产品设计技术修整再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及重新构建，从而获得该产品的特征、属性、精度等更加理想的设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的结构分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的形态信息。

由于逆向工程有着成本低，效率高等特点，其目前已在航空航天，汽车，航海等多个领域有着广泛的应用。在实际的生产过程中，有些零件根据理想环境设计及成型后却发现并不适合实际装配使用，需要进行一些调整，此时就需要生产过程中对理想状态的零件进行改造，校正。这样就产生了一个校正后的实样，然而实样不能进行批量生产，此时就需要对其进行逆向建模，后就可对其批量生产了。

2、长桁类零件的逆向建模

在进行建模前，要对建模的零件进行整体观察，然后制定相应的建模计划。

2.1.整体构建切割法

首先根据零件整体的长、宽、高生成一块长方体实体，根据对点云铣切区测量数据，建立合适的平面建立草图线框对实体进行切割。这种方式比较适合铣切区为平面的或是变化过渡相对单一的情况，如果多方向变化较多较大，此方案的优势就不明显了。

2.2逐个面的拟合衔接

通常是将所有面按照要求的精度进行拟合，后再进行曲面接合封闭，生成实体，建模过程中需要注意不要提前对曲面之间倒角，因为一般的铣切区是横向纵向都有倒角。如果不做复杂的调整通常会导致接合的时候有缝隙最终接合不成功。这种方式相对繁琐，适合精度要求较高的逆向建模，在建模过程中对曲面的处理要很精细，尤其是对结合的地方，以防生成实体不成功或后期倒角处理时失败。

2.3混合设计法

可将两种方式灵活转换结合使用，可先建立一个长方体实体，利用草图等将其切割为与零件大致相同的程度，后进行局部调整，对于高精度要求的部位，通过点云强力拟合出精度较高的面然后对实体局部进行切割替代，最后倒角调整，完成建模。这种方式成功率高且精度较好，适用于高精度部位较多的零件，但建模周期较长。

2.4平面与球面的衔接

建模时会遇到平缓面衔接一部分球面的情况，这里有三种方式，一种是直接在纵横两个方向多次倒角如图1所示，一种是直接对其进行多截面曲面拟合，然后与之前平缓面衔接。倒角的方法建模完成后比较规整，但如果对倒角不进行多次调整或者复杂设置有时无法达到精度要求，或者由于曲面之间的角度问题导致倒角失败。直接通过多截面曲线拟合的方法简单，精度高，但由于点云自身的质量可能会导致曲面有波纹，就需要仔细修整如图2所示。这种方法简单易操作成功率高。还有一种方式是在能够通过点云准确的生成球面时，可对球面剖分，后通过球面截面线拉伸出一段相切的平缓面，这里不推荐分别生成一个球面和平缓面后再进行对准衔接，这种操作方式属于空间相切的操作，难度较大，生成的球面会与已有的平缓面有较大缝隙，后期调整较困难，费时。

3、长桁逆向建模的优化

3.1点云的优化

首先得到长桁点云数据后应当先对点云进行最初的优化筛选，可根据建模部位的复杂程度进行调整，复杂部分点云密度大，简单的部分密度小，后再对整体进行调整，可建立一些纵横交错的面，与点云相交，再将交线相交得到点，以此对点云进行初步的筛选，尽量避免选取扫描误差大的点，如明显的凹坑、凸起等部位的点，也可对一些质量不好的点通过趋势做适当的调整。

3.2曲面的优化

可对建立的曲面进行多截面截取，后对不满意的位置进行曲线调整，再做多截面曲面，获得高质量的局部面，再进行切割衔接，以平缓面为主要结构的长桁端头可以用这种局部修正的办法，但为了大曲率曲面的光滑连续，一般不对球面结构进行局部修整。多截面曲面生成时有可能会产生曲面不连续的情况，将耦合方式适当调整，可得到满意的效果。

4结论

本文对复杂长桁类零件逆向建模的难点及方式进行了分析与对比，长桁类零件以平缓面为主要构成元素，此类逆向建模主要应注意后期的衔接问题，在保证精度的前提下，使用适当的方法可提高建模效率，经过正确的优化方法能够有效提高表面质量，降低建模难度。

参考文献:

[1]张宏兵。零件设计实例教程[M].北京：清华大学出版社，2009年。

[2]彦熙达。曲面设计教程[M].北京：机械工业出版社，2012年。