基于CATIA逆向工程的减震垫设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中航工业航空动力机械研究所 作者:陈海鹏

  简要介绍了逆向工程在工业设计中的应用及逆向工程在CAITIA中的实现,并应用CATIA软件提供的逆向工程模块对航空发动机涡轮叶片减震垫进行建模,最后提出了对逆向工程设计的几点体会。

1、逆向工程概述

  逆向工程又称为反求工程或反向工程,是与正向工程相对的一种工程设计方法,是在对现有样品的设计原理、结构、材料、工艺、装配、包装等进行分析研究的基础上,研制开发出结构、性能等方面与样品相似甚至更为先进的产品。它的一般流程是先利用测量系统对现有的样品进行数据采集,再将测量数据输入专业处理软件或CAD/CAM系统中进行样品数字模型重建,最后利用重建所得数字模型进行生产的一个过程。近年来出现了集成的逆向成型系统,是直接利用三维扫描仪进行样品表面数据采集后传入三维打印机进行快速成型加工的一种系统工具,主要应用在模具设计行业。

  本文探讨的涡轮叶片减震垫是安装在叶片榫头深根部位,用来减轻相邻叶片之间振动冲击的弹性垫片,因其尺寸小,形状复杂,用接触式的三坐标测量仪测量出来的点数据进行模型重建时难度很大,且模型变形较大,精确度无法保证;所以在对其进行逆向造型时采用非接触式的扫描设备对其实体表面进行扫描得到点云数据,再将该点云数据导入CATIA V5中进行数字模型重建。

2、CATIA V5实现逆向工程造型的一般过程

  CATIA V5是一个高度集成的解决方案,利用它不但可以完成产品的逆向造型,而且能直接进行结构设计、工程分析、模具设计、加工装配等一系列后续工作,所以使用CATIA V5实现逆向工程非常方便。

  CATIA V5在逆向造型方面提供一种由三角网格面自动生成曲面的工具,但一般只适用于简单而规则的曲面。对于形状比较复杂的曲面,需要手工来完成曲面重建。一般地,手工的曲面重建可按以下步骤进行:①引入点云数据;②点云过滤;③剔除不规则点;④生成三维网格面;⑤画轮廓线将网格三角面分区;⑥创建规则区域的面(如平面、柱面等);⑦对非规则区域,建立曲线或曲线网络;⑧利用所建立的曲线及曲线网络来创建曲面;⑨曲面修饰;⑩后续处理。

3、CATIA逆向工程在减震垫设计中的应用

  3.1、点云数据导入与处理

  进入DSE(Digitized Shape Editor)工作平台,使用Cloud Import命令导入减震垫的点云数据。因为该零件尺寸很小,为了保证建模的精度,在导入点云数据时可以利用比例因子选项将点云的空间尺寸调大。如果不放大尺寸,在利用扫描点进行曲线创建时会因曲线的精度不够而形成拟合度很小的折线段,此时也可以修改CATIA的显示性能选项中的精度设置来提高曲线创建的精度,将默认的“固定的”精度方式改成“按比例”且把比例调至足够小即可。导入的减震垫点云数据如图1所示。

基于CATIA逆向工程的减震垫设计

图1 导入点云数据

  导入点云后,使用Cloud Remove和Cloud Filtering命令对点云进行处理,得到处理过的点云数据如图2所示。

基于CATIA逆向工程的减震垫设计

图2 处理过的点云

4、结束语

  本文主要介绍了逆向工程的应用现状以及在CATIA中实现逆向工程设计的方法,并成功地实现了航空发动机涡轮叶片减震垫的逆向造型。基于前人的工作及本人的探索,笔者在逆向工程技术应用方面得出以下几点体会:

  (1)逆向工程是一个“认识原型——再现原型——超越原型”的学习加创新的过程,而不能只拘泥于再现原型,更不能在尚未认识原型的基础上简单地再现原型。

  (2)在应用逆向工程技术时一定要对原型进行深入地分析,尽量领会其设计理念与设计意图,理解其设计原理,掌握其设计方法,从而达到或超过原型的性能。

  (3)在进行零部件逆向工程设计时要从总体的角度去考虑,要充分考虑到零部件本身的功能、材料、工作原理以及与其有装配关系的相邻零部件的材料、结构、尺寸等因素。

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