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基于CATIA飞机三通导管零件的逆向建模
摘 要:针对飞机三通导管零件工装型胎的磨损,通过采集现有三通导管零件或其工装的点云数据,利用catia模块逆向建模,实现零件或原有工装的数字化。这一过程,顺应了当今飞机设计制造技术的发展,使传统的模拟量传递方法开始向现代的数字量传递方法转变,既保留了传统互换协调的原始依据,又为今后的数字化制造、数字化协调提供了电子数据。
  关键词:catia;数字化;三通导管零件;逆向;建模
  1 背景
  在当前三维数字化技术的冲击下,传统的模拟量传递方法开始向现代的数字量传递方法转变,以工装为加工制造依据的零件,需要在保证原始依据不变的情况下,逐步形成其电子数据。因此,使用三维扫描仪器采集零件工装的表面点云数据,利用catia逆向模块建立零件数模,从而形成了零件的电子数据,应用于数字化条件下的工装制造和零件生产。
  在逆向建模中,三通导管类零件的结构较为复杂,多数情况下不是单曲率曲面,而是双曲率曲面,而且三通接头处的曲面形成有一定的困难。在目前常规加工多采用打实样进行生产,有的工艺采用打半个实样之后焊接的方式形成。不仅手工工艺繁杂,成形困难,而且生产周期长,生产成本高。通过逆向建模,实现三通导管类零件及工装型胎数字化,进行数控加工生产,提高加工效率,缩短生产周期。下面就以三通导管类零件为例,描述其逆向建模的要点。
  2 逆向建模过程
  三通导管类零件逆向建模步骤分为:扫描及点云数据的导入、处理;基于catia实体模型的构建;曲面误差分析及检测。以图1为例来说明。www.redprintm.com
  2.1 扫描及点云数据的导入、处理
  2.1.1 扫描
  三通导管零件主要扫描的是其配套型胎,采用激光扫描仪进行三维数据采集,然后形成iges、cgo等点云格式的文件(见图2)。
  2.1.2 点云数据的导入
  iges格式的文件可以直接将其拖拽到catia界面就可打开,也可以利用cloud import导入。
  图1 三通导管零件 图2 点云数据
  2.1.3 点云数据的处理
  当点云数据导入到catia后,需要对点云进行处理。如果点云数据量太大,为减小数模体积,应对点云进行筛选,降低点云的密度。同时,过滤或去除一些多余元素或者偏差较大元素,可以减小点云曲率突变的概率。
  通过分析零件的点云数据,大致可断定零件的外形趋势。根据外形趋势,应将点云数据分割成特征单一、互不重叠的区域,使每一区域点云都能用一个数学函数来描述。通常可用数学函数描述的曲面类型有解析曲面和自由曲面两种,解析曲面包括平面、圆锥面、圆柱面、球面等,扫描仪采集后直接形成的曲面通常是不规则自由曲面,对自由曲面分块的原则是区域内点云曲率没有突变,或者是曲率虽有变化,但是沿某一方向上的变化情况一致。点云数据分割的关键是找到块的边界,分块时还应注意块的数量应尽可能较少,以减少曲面拼接带来的困难。
  三通导管零件通常分割成单一圆柱面或单一圆锥面,如图3所示。
  2.2 基于catia实体模型的构建
  2.2.1 导管零件中心线拟合
  中心线是重新设计各个截面的参考元素,作为设计曲面时的引导线。拟合的中心线越接近于真实,越能形成特征近似的截面线,也就能更好的进行曲面操作。
  针对三通导管零件可将每一块的点云数据分别做出各自的中心线(见图5)。
  2.2.2 曲线的形成、光顺与修正
  曲线是曲面构建的基础,也是关键的一步。以各自的中心线为引导线,运用catia截面线创建命令,选定合适的间距,可以得到一系列特征接近的截面线。直接利用这些曲线进行曲面设计,单曲率的情况下可能会形成一个粗糙的曲面,但是大多数情况下为双曲率的情况,这样就较难生成曲面,甚至不能生成。这是因为曲线不是严格规范的曲线,为了得到较高质量的曲面,需要对曲线进行光顺和修正。
  对于所有曲线,应先将它们用同一个平面切断成两段曲线,进行光顺,消除曲线上的节点,同时使所有曲线的起始点和终止点保持在同一平面上。对于曲率有突变的区域,可将突变部分剪掉,用样条曲线补齐的方法进行修正。对于三通导管相贯的区域,是点云数据缺失区域,为了使曲面光滑,先用样条曲线将其补齐成封闭光滑曲线,然后再形成多截面曲面。(见图4)。
  图4 样条曲线缺失处的补齐
  2.2.3 曲面构建
  选择合理的曲

面造型技术进行拟合,生成若干个封闭、光滑的曲面,再将各块曲面通过拼接、延伸、过渡、裁剪、光顺等技术处理,最终获得实体表面形状、尺寸精度范围内的曲面模型。曲面模型必须保证单张曲面的性能和各个连接曲面之间光滑、平顺、封闭和连续,这样才能保证曲面模型的整体性能。
  为了避免接合后的曲面出现不封闭的现象,曲面与相邻曲面的拼接必须采用同一条曲线。三通接头的过渡处是一个特殊的地方,可以将相贯的两个曲面分别延伸,采用倒圆角的方式,以合适的倒角进行倒圆,形成规则的相贯通曲面。
  通常情况下,扫描工装的点云数据要比实体零件稍大一点,从点云数据的断开处可以近似拟合出一个平面,用此平面裁剪曲面,形成零件的终止端面。或者通过拾取点云边界点,形成一条影线,得到零件的边缘线,用它分割曲面即可。
  图5 中心线、截面线及曲面的构建
  2.2.4 形成实体
  根据扫描对象类型,用构建好的曲面加厚形成实体。由于三通导管零件扫描的是工装型胎,需要考虑零件内表面贴合在工装型胎上,由此将曲面向外偏移加厚(如图1所示)。
  2.3 曲面误差分析及检测
  工装模具作为现代工业不可缺少的工艺装备,在使用过程中发生自然磨损,对于进口模具经过常年的使用,会出现不同程度的磨损,因此逆向建模产生的误差之一就是点云数据采集时的误差,实体模型构建过程中,光顺和修正曲线时也会造成曲面与点云数据之间的差异。
  针对不同的零件,工艺性要求根据生产需要而定。工艺性一方面要求曲面质量,达到平滑程度和连续性,另一方面要求符合点云数据。如果一个曲面与点云数据完全吻合,该曲面必然会有很多波动。在大多数情况下,只要误差没有超过允许范围,可以侧重要求高质量的曲面。此外,在小批量生产初期,还需要经过首件验证,在实际生产中得到认可。
  一般情况下,三通导管零件表面与点云偏差应在0.5mm以内(见图6),具体可根据生产需要确定。通过偏差分析,生成曲面与点云偏差在0.5mm以内的比例占95%以上,精确度较高,满足生产要求。
  3 结束语
  总的看来,逆向建模是一种快速开发产品数字化的重要技术手段,它为制造业提供了一个全新、高效的重构手段,实现了从实际物体到几何建模的直接转换。逆向建模根据已存在的零件或其工装型胎设计数模,由此形成零件或其工装的电子数据,在此基础上可以实现零件的改进、互换协调、工装修复、型胎复制等。同时,逆向建模应用到飞机设计制造技术领域,有效地保留了飞机零件原有的制造依据,大力地促进了从模拟量传递到数字量传递的发展,具有推广应用价值。
  参考文献
  [1]范玉青.现代飞机制造技术[m].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
  [2]金涛,童水光.逆向工程技术[m].北京:机械工业出版社,2003.
  [3]尤春风,catia v5高级应用[m].北京:清华大学出版社,2006.
  [4]中航工业沈飞制造工程部.工艺员手册第二分册模线样板及制造数据设计管理[k].沈阳飞机工业(集团)有限责任.公司内部资料,2009.
  作者简介:李彦(1975-),女,汉族,1998年毕业于大连工业大学,工程师,主要从事工艺装备与生产准备、数字制造技术等方面工作。
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  •  更新时间:2014-07-26 15:51:44  作者:uedbet体育 [标签: 飞机 三通 导管 零件 建模 ]
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