基于CATIA的微型车主减速器的逆向设计*

陈义宇　吕德刚　刘豪　屠金宇　齐晓杰

（黑龙江工程学院，黑龙江　哈尔滨 150050）

目前国内对于逆向工程的研究及应用大致可分为以下几个方面：①在产品仿制中的应用。即对零件原型进行三维逆向设计，形成零件的设计图纸或CAD二维模型，并以此为依据生成数控加工代码，加工生产出一个完全相同的零件；②在新产品设计中的应用；③在旧产品、旧设计的更新换代［1，2］。

汽车主减速器是汽车上的一个常见部件，通过逆向设计，可以获得其数学模型，有利于再生产或技术改进以及工艺技术提升。

1　主减速器零部件扫描及建模

采用加拿大Creaform HandySCAN 300TM型扫描仪，对某微型车主减速器各部分零件进行扫描，获得点云文件。逆向过程如下：

1.1　点云的导入与修剪

首先打开CATIA软件，进入逆向点群编辑模块，CATIA逆向工具集成于这一专用模块中，但这一模块，不能单独完成逆向的任务，必须和曲面工具、实体工具相组合［3，4］。点击导入按钮，选择3D扫描仪生成的文件，导入点云数据。选择移除命令后，选中目标点云，选取多余的点云删除，实现点云文件的清理。

1.2　模型的重建

进入快速曲面重建模块，单击平面切面命令，选取YZ面为截面获取点云的图形轮廓线，然后单击开始菜单中的零件设计命令，然后选取截面所用平面，进入草图编辑器。通过直线、快速修剪等命令对点云截面轮廓线进行拟合。退出草图编辑器后选择旋转体命令，对之前所画的草图以Z轴为旋转轴旋转。

选取下方斜面提取元素后，在定义相交的斜面上创建一个平面，在这个平面上创建草图，即齿在此面上的轮廓线。接着通过圆形阵列、对称、直线等命令将齿的轮廓线补足，然后运用填充曲面和结合命令将轮廓拟合成缺口的形状，如图1所示。采取圆形阵列方式将其阵列，用接合命令将所有曲面结合到一起，如图2所示。

图1　接合图

图2　圆形阵列

将这些曲面用多截面实体或者分割命令选中，然后从旋转体中移除多余部分。然后在上下底面上做出凹槽，接着在底面上画出孔的直径，做出中间通孔。最后用旋转槽命令将齿部上倒角部分截去，如图3。最终完成的零件如图4所示。

图3　旋转槽

图4　齿轮完成图

按照上述方法将主减速器其他零部件分别逆向出来，从动锥齿轮、差速器壳体等如图5图6所示：

图5　从动锥齿轮

图6　差速器壳体

3　主减速器的装配

进入装配设计工作界面，单击相合约束命令，将要装配部件进行同心约束，单击接触约束对部件进行接触面约束，然后单击全部更新，更新后完成的部件装配如图7所示。接着加入其他部件并进行相关装配操作，施加各种装配约束，如相合约束、接触约束等，最后装入主减速器壳体，如图8所示。

图7　差速器及从动锥齿轮

图8　主减速器

4　结语

本文结合了逆向工程在工业中的实际应用，研究了逆向工程的关键性技术以及在实际应用中遇到的一些问题。主要的研究工作及成果如下:

选择CATIA软件来完成逆向工程的后处理，并且使用Creaform HandySCAN 300TM手持光学扫描仪来取得主减速器零部件的点云数据。

研究点云数据的处理方法，得出在逆向工程中处理点云数据的一般流程，并应用CATIA软件完成驱动器的点云数据处理工作，获得较为完整和正确的点云数据以进行后续模型重建工作。

明确基于CATIA软件进行的逆向工程的基本要求：在建模过程中要精确的反映出设计意图，根据要求进行建模，不要追求速度，要追求效率，同时保证建模的速度和质量。

总之，通过逆向工程重建各种机械零部件的模型能够有效提高设计精度，获得较高质量的三维模型，大幅度缩短设计和制造周期，使产品能够更加快速地进入市场以提高企业竞争力。因此，逆向工程对于工业生产而言具有十分重要的意义。

［1］许智钦，孙长库.3D逆向工程技术［M］.北京:中国计量出版社，2002.

［2］何伟.基于CATIA的逆向工程自由曲面重构技术［J］.制造业自动化，2013（06）：114-116.

［3］李丰，惠延波，吴小晴.多视数据拼合的三基准点精确选取技术研究［J］.机械设计与制造，2010（1）：201-202.

［4］赵勇力，孙超，董成文，等.基于CATIA的逆向工程在工件三维重建中的应用［J］.中国铁路.2015（6）：86-89.