逆向设计作为产品设计的一种方法,在我国汽车设计中起着十分重要的作用。文中以汽车座待支架为例,说明了钣金件逆向设计的一般流程,归纳了逆向设计中应注意的问题。
逆向设计是指将实物转化为CAD模型的建模方法。任何产品的设计开发,不论是创新、改进还是仿制,都蕴涵着对已有技术的继承和应用。汽车的设计开发也不例外,尤其是我国的汽车设计,更离不开逆向设计。我国是汽车生产大国,但大部分产品是合资或引进的。因此,要通过学习、模仿来积累设计经验,掌握设计技术,为产品创新打下基础,这是提升我国汽车设计水平的必由之路。本文以某车座椅支架为例,结合CATIA软件的逆向功能,对汽车钣金件逆向设计方法进行探讨。
1、逆向设计流程
钣金件逆向设计流程如图1所示。
1. 1点云检查
样件的点云必须能完全反映零件的必需特征,测量精度能达到规定要求,点云无重复点。若不能满足以上要求.则需要补测。
nextpage 1. 2检查(校正)坐标
点云坐标的校正一般分3步完成:①分析确定零部件的定位基准(关键孔位、关键线、关键面)。确定的基准元素必须能确定一个坐标系,即能限定直角坐标系的6个自由度。②分析零部件的对齐基准,确定点云是否已经对齐。若点云符合要求,则进行下道工序;若点云不符合要求,则需调整点云的坐标。③点云坐标的调整:首先建立与前面确定的定位基准相对应的对齐元素,若定位基准内有一基准元素为一点,则建立一基准点;有一基准线,则建立一基准线;有一基准面,则建立一基准面。然后利用软件的对齐(ALIGN)功能对齐点云的坐标,并对对齐的结果进行检查。若不合格,则重复上面的操作,直到合格为止。
1. 3分析点云,去除杂点
若样件周围杂点过多,影响零件特征的识别和提取,则用移除(Remove)功能去除多余点。若样件点云太密,影响软件的正常操作,则用过滤器(Filter)功能稀释点云。
1. 4合并点云
如果原测量点云是由单块点云拼合起来的,则需要把这些单块点云合并起来。
1. 5样件特征分级
根据汽车钣金件的设计经验,样件特征大体可分为A,B,C三级:A级为配合面、安装基准面、功能面、定位孔、特征线等尺寸精度要求较高的点线面,误差精度一般小于0. 5 mm;B级为结构面、过渡面、工艺面等尺寸精度要求一般的点线面,误差精度可适当放大,一般以不大于1 mm为宜;C级为过孔、工艺孔、加强筋边界、翻边等尺寸精度要求不高的点线面,误差精度可放大到2 mm左右。
1. 6特征(特征点、特征线、特征面)区分
按照特征识别的难易程度,零件的特征可分为清楚特征和不清楚特征。对一些基本的零件特征,如直线、平面、圆柱面等,可以直接区分出来;对不清楚的零件特征,常用下面的方法进行区分:①用网格化功能显示点云,使零件的特征显示得更加清楚;②去除所有的圆角,用假定的尖角代替,消除导圆造成的特征模糊不清;③对组合特征,要依靠自己的设计经验仔细分析,确定组成特征的子特征种类和子特征制作顺序,必要时可以参考其他类似特征的设计;④对于确实无法区分的特征,可根据零件的功能,在保证偏差的前提下直接进行制作。
1.7特征提取
根据特征的识别情况,用激活(Activate Areas)功能分别提取零件的特征。
1.8特征拟合
零件特征的拟合分为几何特征拟合和自由特征拟合。几何特征的拟合较容易,直接拟合成直线、平面、圆柱、圆锥和球等;自由特征的拟合较困难,一般采用传统的制作方法,即由点到线再到面。所以,自由特征的构建关键是建立关键点、关键线和关键面。只有在点、线、面上下工夫,才能将自由特征制作好。
1.9特征编辑
特征编辑分为参数特征编辑和非参数特征编辑。参数特征的编辑较简单,直接把特征参数修改成目标参数即可;非参数特征不能编辑,一般只能重新制作一遍。所以在拟合特征时最好带参数拟合。
1.10误差分析
误差要求分为最大误差要求、平均误差要求和最小误差要求,根据各零件功用的不同,选择不同的分析方法。
1. 11绘制边界线,修剪边界
边界线包括零件的边界线和零件上孔的边界线。无论是哪种边界线,都要求准确无误,否则零件的尺寸不对。
nextpage 1. 12导圆角,编辑小特征
对编辑好的面导圆角,使逆向零件的结构再现;由于零件结构等原因使导圆角无法顺利进行时,一般只需对无法导角的部分进行小范围修改、编辑,即能达到要求。
1. 13剩余特征加入,编辑
剩余特征是指以其他特征为制作基础的特征,这类特征结构一般较易识别,制作时只需注意其特征的构建顺序即可。
1. 14打孔,孔位尺寸圆整
按绘制的孔边界线,在钣金件上打孔;对一些功能孔和基准孔的孔径及孔之间的相对距离进行圆整,根据不同要求,一般圆整为整数或0. 5的倍数。
1. 15总体检查
在特征逆向结束时,要对逆向数模做总体检查,确保各特征符合逆向的要求。对车身结构钣金件数模,一般进行如下检查:①特征检查,检查特征是否丢失;②偏差检查,检查数模与点云的偏差值是否符合要求;③孔位检查,检查孔位的尺寸及圆整情况;④拔模角及工艺圆角检查;⑤片体增厚检查,数模必须能沿着指定的方向增厚指定的数值。
2、座椅支架的逆向设计
1)支架的点云见图2,对点云作网格化处理。
2)检查支架点云。点云的特征完整,整体上(孔除外)关于中心平面对称。
3)支架点云的特征识别。支架整体结构上对称,只需对半边特征进行识别。支架框架由上平面、侧平面和下平面组成;支架上有12个加强筋;上平面上有一个凹槽,可按照加强筋上开孔处理;上平面和侧平面的左边缘及下平面的边缘翻边;下平面左安装点处有一工艺凸台;支架上有14个孔。
4)找出基准特征,确定关联特征之间的关系。支架的上、下平面都是安装平面,都可以作为基准平面,选择特征更清楚的上平面作为基准面,下平面平行于上平面。
5)特征拟合。首先拟合基准平面并作出对称中心平面,然后作出下平面和侧平面,最后加上加强筋及翻边等特征,并对特征进行编辑,结果见图3。
nextpage 6)对逆向出的结构导圆角,结果见图4。
7)把结构沿对称面对称,并在对称后的数模上打孔,对圆孔编辑后得到完整支架数模(见图5)。
8)对数模进行各项检查,完成座椅支架的逆向设计。
3逆向设计中应注意的问题
逆向设计时应特别注意以下问题:①充分考虑零件的使用功能;②充分考虑零件的制造工艺;③充分考虑零件的结构特点,尽量拟合成规则几何特征;④充分考虑与其他零件的设计硬点;⑤充分考虑零件的制造误差和零件变形,切忌把零件的制造缺陷和偏差带人逆向设计中;⑥遵循横、平、竖、直原则,如同一性质的安装孔的大小应一致,成排的孔的中心应通过一条直线或一条弧线等。
4结语
逆向设计不能简单地重构曲面,而要在正确把握设计思想的基础上,沿着设计思路逐步制作出零件的特征。本文探讨了汽车钣金件逆向设计的一般流程,归纳了影响逆向质量的问题。但钣金件的结构复杂多变,逆向方法多种多样,逆向时要依托设计者的设计经验,具体问题具体分析,根据零件的特点制定逆向方法,保证逆向工作简洁、可行。