基于Gemagic Design X的机油泵零件逆向建模

沈羽

摘要：以机油泵零件为研究对象，应用Geomagic Design X软件进行了数字模型重构、关键建模环节分析设计，并对获得模型特征进行了偏差数据对比分析。其结果表明：该建模方法可良好的保证所求模型的精准度，完整性，曲面精确性及光顺度均能得到保障，此方法适用于复杂零件的逆向反求。

关键词：机油泵 ;逆向建模;Geomagic Design X;偏差测试

0  引言

逆向工程技术目前已广泛应用于产品的复制、仿制、改进及创新设计，是消化吸收先进技术和缩短产品设计开发周期的重要支撑手段。Geomagic Design X提供了一个全新的又为大家所熟悉的建模过程，它不仅支持所有逆向工程的工作流程，而且创建模型的设计界面和过程与主流CAD应用程序很相似，用SolidWorks、CATIA、Creo（Pro/E）或Siemens NX等进行设计工作的工程师，可以直接使用Geomagic Design X进行建模设计。Geomagic Design X不仅拥有参数化实体建模的能力，还拥有NURBS曲面拟合能力，能够利用这两种能力共同创建有规则特征及自由曲面特征的CAD模型。本文以机油泵零件为研究对象，应用Geomagic Design X软件进行数字模型重构。结合软件在逆向设计中的应用重点，对零件逆向设计中的几何形状创建、布尔合成及模型偏差数据对比分析进行介绍。

1  模型结构分析及建模思路

机油泵在润滑系统中，可迫使机油自油底壳送到引擎运动件的装置。机油泵是用来使机油压力升高和保证一定的油量，向各摩擦表面强制供油的部件。如图1为现有机油泵零件，从模型结构分析可知，该零件结构复杂，主要有箱体类，轴类回转体，大量的曲面特征等。因此可以将模型零部件分为几大类进行处理。

对于不涉及曲面特征部分图2，可采用拉伸实体建模。但对于图3轴类回转体特征部分，采用回转、几何形状建模方法。对于如图4部分，采用了面片拟合曲面剪切拉伸实体方法。最后通过布尔命进行布尔合成，完成实体实体间的剪切与修整，如图5。

2  逆向模型构建

2.1 面片数据的领域分割与坐标对齐

对于扫描后并在Wrap软件中進行过点云数据处理的面片模型，要进行领域组的划分，便于后期处理。领域组的划分是依据点云模型的特征和曲率，自动将面片模型分割为不同的几何领域，以方便后期进行单元领域的选择和提取。对于本模型采用了自动分割领域命令，“敏感度”设置为10，完成领域划分。然后利用手动对齐命令，采用3—2—1对齐方式，“平面”选择底面的平面领域，“线”选择侧面的平面领域，完成对齐。

2.2 关键环节逆向建模设计

2.2.1 回转、几何形状建立实体

机油泵零件中的轴为规则特征圆柱，可采用回转体建模。其关键在于参照线的提取，可以选择Design X中“追加参照线”命令，“方法”选择检索圆柱轴，“要素”选择面片数据中的圆柱，得到参照线。绘制圆柱草图，选择回转命令， “轮廓”为刚绘制的草图，“轴”为追加的参照线，即可回转建立实体。提取圆柱、圆柱的参照线，也就是中心轴线，一般用于回转体的逆向建模。

在轴体建好之后，对于其上的轴孔如则可利用几何形状工具，选择“手动提取形状”，“创建形状”为圆柱，延长比率为50%，“领域”为图中所示圆柱领域，建立一个圆柱。

选择特征树中的圆柱，打开回转参数窗口，“结果运算”选为剪切，完成修改，再选择倒角命令，倒圆角并完成建模，如图6。用同样的方法制作另外两个特征，必要时可以对领域进行修改以得到规整的几何形状，便于建模。

2.2.2 利用布尔合成进行实体合并

选择布尔运算命令，把已经建立的所有实体进行合并。然后对模型局部特征进行修改。选择图中所示领域，单击面片草图命令，得到轮廓线，绘制草图轮廓如图7。

之后可以选择拉伸命令，“方向”中的长度为195mm，“反方向”中的长度为10mm，“结果运算”为剪切，点击确定按钮，即可得到实体。

接下来可以采用同样的方法，制作其他两处模型的特征，最终完成建模，得到逆向建模的最终效果如图8。

3  偏差分析校验

Geomagic Design X 软件提供了偏差测试（Accuracy Analyzer）分析方法，可以将创建完成的三维实体或曲面模型与原始的扫描数据进行体偏差测试，在偏差分析对比时，当呈现绿色时，说明模型与原物体完全符合。若呈现红色，说明模型表面高于原物体，若呈现蓝色，说明模型表面低于原物体。此处对所建机油泵零件模型进行体偏差测试分析，由体偏差色图图8可看出基本处于绿色，得知最终构建模型偏差处于正常允许范围内，符合模型建立要求。

4  结论

从本文零件建模过程分析可看出，Geomagic Design X在数据建模阶段，软件提供拉伸、回转、扫描、放样等标准实体建模和面片拟合、自动曲面、境界拟合等曲面建模的工作流程，极大的方便了使用者操作。同时，软件还拥有内置实时偏差检测工具，可以实时监控建模质量。向使用者提供了其他现有逆向工程软件不具备的高质量建模功能，将3D扫描技术和逆向设计技术进行了完美的整合，提高了设计者的效率。

本文基于 Geomagic Design X 软件，就机油泵零件三维逆向建模中的关键环节进行了分析，结合机油泵模型的结构特点和要求，采用了合适的逆向建模特征工具，并对其进行了偏差分析对比，得出其快速建模方法能切实满足模型结构的设计要求，同时保证了建模的精度，此种逆向建模方法有助于产品创新开发，节约研发成本。

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