邱璠

[摘 要]对于老机型的模胎或手工敲修的导管实样具有零件表面粗糙，扫描后网格质量较差，曲面光顺度差等特点，由于零件形状复杂，且表面曲率变化大，逆向建模时生成光滑曲面会比较困难，且无法满足生产要求。本文介绍了新的设计思路，缩短了建模时间，解决了实体建模中曲面不平整、鼓包等问题。

[关键词]导管，曲面光顺，网格曲面

中图分类号：V229 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0123-01

1 概述

近几年逆向建模技术在飞机装配生产协调及零件三维实体创建、修复模胎等方面有着突出的意义，是研制生产部门的重点技术。随着逆向建模技术的广范应用，在逆向建模中，经常有一些特殊的曲面，例如三通管的中间交接部分、蒙皮的特殊外形，导管的凹陷部分等，需要进行局部构造，此种曲面构造复杂，不易生成，常常精度和曲面质量不能满足工艺和生产要求。对于老机型的木质模胎，由于使用年限长，零件磨损严重，扫描后拾取的曲面差，光滑度有时不能满足要求。零件形状复杂，且表面曲率变化大，生成光滑曲面会比较困难，并且曲面衔接处的结合无法保证光滑过度。得到的曲面由于表面曲率品质较差无法增厚形成实体零件也是造成建模周期延长，零件反复扫描，重复建模的原因。

2 多截面曲面逆向建模方法

2.1 设计方法

首先进行分离面的创建，然后对由脊线和网格生成的截面线进行处理，对各条曲线进行多点样条线处理，将每条线取一定数目的等分点，重新生成样条曲线构造的曲线，保证曲率连续，生成新的曲线。应用分离面对新曲线进行分割，并对各个部分进行光顺处理，保证曲率连续，消除每段线上的点，再對每条曲线的两部分进行结合，应用结合后的曲线进行多截面曲面命令生成曲面，这样的曲面能保证曲线端点一一对应，多截面曲面生成曲面时，连续方式选择顶点连续，这样就可以避免无法生成曲面的现象。

2.2 对复杂曲面导管类零件的适应性分析

在逆向管类零件设计中，普通导管类零件通常应用的逆向建模方法是多截面曲面。多截面曲面由Planar Sections命令截取的曲面经过优化处理构建而成，这样生成的曲面与原扫描数据有着较高的贴合度，符合实际零件，但在特殊曲面导管零件中，由于表面曲率变化大，在生成实体时此方法容易出现“波纹”曲面。

此方法在处理部分曲率变化较大的零件时，由于曲线拾取过密，往往会导致生成的曲面存在有“波纹或鼓包”的现象，这样构建而成的实体数模表面光顺度差，加工出的成品零件表面粗糙。生产厂应用此数模制造模胎，这种波纹在零件成型时，由于零件毛坯料不能紧贴模胎，零件成型往往不到位，造成模胎和零件报废。

3 强力拟合逆向建模的方法

3.1 建模思路

本文中举例的管类模胎在逆向建模时可分二个部分，第一部分是导管的凹型半球曲面、三角形坡面及凹槽部分，对于此种特征明显的曲面，在快速曲面生成模块首先使用3D曲线命令进行曲面特殊边缘轮廓构造。注意选取时沿着截面线位置或焊缝位置；取点时两点距离要适中。第二部分是形状较规则的后半段导管，可按普通导管的逆向建模方法。如图1所示在平面位置将网格分成二部分，平面的取制原则应利于后续两部分曲面的结合；尽量将平面取在曲率均匀过度的位置。

3.2 建模过程

建立分离面，选择坐标轴中第二个选项“将优先平面方向锁定为与屏幕平行”，进入自由曲面模块（Free Style），用缀面命令（Planar Patch）拉伸出一个平面与视向垂直；在草图中按导管实际曲率用样条线拟合一条引导线（用样条线可以一直保持曲率连续，更接近导管的实际弯曲方向）；用引导线拉伸出曲面与网格相交得到两条轮廓线，选截面线命令用引导线做出平面与网格相交得到适合的另外两条轮廓线。通过曲线光顺等处理得到曲率连续的优化曲线，然后使用构造轮廓命令，进行轮廓的拾取和修剪，生成封闭轮廓。应用曲面网格命令（Surfaces Network），选择轮廓、网格和初始面等参数进行曲面的生成。最后，在实体设计模块对曲面进行增厚，由于此扫描数据为模胎，因此向内增厚曲面，得到实体。

对比两种方法生成的曲面（如图1），强力拟合生成的曲面，表面更光顺，无波纹现象，提高了曲面构造精度和曲面表面质量，满足工艺和生产需要。

3.3 注意事项

（1）在进行曲面造型时，要随时检查所建曲面的状况，注意检查曲面是否光滑、有无扭曲、曲率变化等情况，以便随时修改。

（2）逆向建模目的是制造模具，因此，建模时要注意产品的出模方向，检查曲面能否出模，即是否能增厚，是否有倒扣现象，如发现问题，应对曲面进行修改或重建。

4 偏差分析

通过对网格的优化处理，对曲线的光顺及对设计方法的选择尽可能提高模型质量，降低与原始数据的偏差。如图2，经过偏差分析，曲面与原扫描数据对比在0.5mm之内为97.65%符合偏差范围。

模型与原始扫描数据的偏差应在技术要求范围内，偏差通过偏离分析命令计算及统计。参考面（Reference）选择面积大的对比元素，测量面（To measure）选择面积小的对比元素，可以防止无效元素的干扰。

5 优越性

缩短了设计员的设计时间，减小了模型的数据量，使模型更趋向轻量化；可以减轻工人的劳动强度，提高工作效率，加快生产进度；提高劳动生产率可以缩短飞机的生产周期，而且劳动工时的减少也是飞机生产成本降低的主要因素。

6 总结

通过对曲率变化较大的管类零件设计方法的研究与分析，总结出了更详尽的方法与经验，探索出一种高效率的设计方法，更加符合生产实际。为以后处理此类问题总结了宝贵的经验，提高了生产进度，促进飞机质量的整体提高。

参考文献

[1] 范玉青.《现代飞机制造技术》.北京航空航天大学出版社，2001.

[2] 中航工业沈飞.《样板的应用》.沈阳飞机工业（集团）有限责任公司内部资料，1994.

[3] 金涛，童水光.逆向工程技术[M].北京：机械工业出版社，2003.