复杂零件在装配模块下的拟合方法

摘 要：随着飞机技术性能的不断提高和数控加工技术的广泛应用，数控零件的数量在不断增多，尤其是大型整体结构件的增加更为显著。大型整体结构件往往都是由理论外缘、交点孔、结合槽口和各种异型切面组合而成的复杂组合体，具有体积较大，铸件毛料结构复杂，毛料成本、加工成本高的特点。在数控加工准备阶段，为了确定加工原点，需要测量出毛料件在各个位置上的余量。传统的手工测量不但测量周期长，工作量大，且测量结果不准确。在面对结构复杂的毛料时，手工测量只能照顾到关键位置的尺寸，容易忽略零件上的筋条等细小结构，加工时往往由于一个小的误差就会导致零件的报废，造成较大的损失。通过扫描得到的数据，其空间坐标系与飞机坐标系并不一致，需要进行调整。对于复杂的机械加工类零件，通过CATIA数字化外形编辑器中的Clouds Aligning命令已经不能满足比对要求。而利用CATIA装配模块的几种约束和移动方式，可以將扫描数据移动到零件数模近似的对应位置，作为比对分析的一种方法，为数控单元的零件加工提供近似依据。

关键词：数字化；整体结构件；逆向对比；外形编辑器

1 设计思路

用逆向工程的非接触式测量技术，结合CATIA软件，采用数字化的方式，将毛料的扫描数据与零件数模进行全方位的比对，得到毛料与零件的最佳相对位置，以确定毛料与零件在各个方向、位置上的差值，从而确定最优的加工原点。逆向工程可以迅速、精确、方便地获取毛料的三维数据及模型，为产品制造提供原始数据。使用CATIA进行数字化对比，可以任意调整毛料与零件数模的相对位置，快速准确的测量出各个位置的差值。运用此方法，不仅可以提高生产效率，还可以有效的提高成品率，节约大量本。首先确定基准特征，在扫描数据内提取基准特征，与理论模型进行约束，而后将点云通过移动旋转等命令与理论数模拟合，最后将拟合后的数据进行测量与分析。

2 设计方法

2.1 近似基准的确定

在逆向对比过程中，首先需要确定对齐采用的近似基准。近似基准是对比过程中的重要因素，可以快速的对点云进行近似定位。

2.1.1 近似基准的确定原则

近似基准的确定主要由零件的几何特征决定，对于一般有明显特征的零件，或由数控加工厂提出（已经加工好的铣切面，或毛料某处与真实零件的余量），基准一般由一个平面和一个点组成，近似基准的作用是最快速的将点云定位，为之后的手工微调打下基础。

2.1.2 近似基准的设计

基准的设计工作在QSR模块下进行。基准面的设计通过一次基本特征识别命令就可以得到。而基准点只要在点云上直接建立即可。图1中为一较复杂零件，此零件有两个明显的近似平面，故可任意选取其中一个平面为基准平面，另再选取一点作为拟合的基准点。

2.1.3 坐标系拟合

装配模块下的坐标系拟合，主要通过装配约束命令来实现。通常情况应分别对基准点和基准面进行距离约束。

在CATIA装配模块下，使用“约束”工具栏下的“偏移约束”，先选择扫描数据中设计的基准点，再选择零件模型中的基准点所对应的平面，弹出对话框，将约束距离数值设置为0，确定。

在结构树上，找到“偏移约束”的位置，右击选择“更新”后，扫描数据移动到新位置。

用同样的方法，可以将基准面进行约束。得到结果如图2。

有时仅选用单个基准面和基准点并不能达到近似拟合的效果，可多添加几个基准点，进行约束，以达到最好的近似拟合效果。

2.2 手动调节

近似拟合后的零件并不能满足测量和分析的需要，需要手动微调以达到点云与零件的最佳拟合状态。

2.2.1 确立主要视图

一般情况下，被拟合零件的结构较复杂，要确立主要视图（图3），找出有偏差的部位。移动点云的过程中，要先保证主要视图的对齐，满足主要视图重合的前提下，再保证零件的筋条、下陷等部位的重合。

2.2.2 点云的移动

点云的手动移动在装配模块下进行，主要使用的是“移动”工具栏下的“操作”命令。

在手动微调的过程中主要使用“按任意轴移动”命令和“按任意轴转动”命令。首先观察点云与零件数模的相对位置，使用“按任意轴移动”命令，在零件上选择移动轴线（也可自行在草图中建立轴线），点击点云，沿图4中箭头方向拖动点云，拖动过程要尽量慢，行程要尽量短，使点云与零件位置更加接近。

继续观察零件与点云的相对位置，找出不重合部分，使用“按任意轴转动”命令，在零件上选择适合的转动轴线，点击点云，按契合方向转动点云。在转动的过程中，也要做到“尽量慢，尽量缓”，以免转动过度。

依照如上方法，依次对齐几个主要视图，达到拟合的要求后，依次查看扫描数据的筋条、下陷等位置是否与零件数模的筋条，下陷等位置重合。如拟合度不是很高，则要继续进行轻微的微调，直至扫描数据与零件数模达到最佳拟合状态。

3 结束语

本方法适合复杂的零件与其扫描数据的对比，利用装配模块的移动和约束等命令完成零件与其毛料扫描数据的对比。在后期手动微调的过程中，比较考验操作人员的移动、转动手法及耐心，往往一个拟合过程需要长时间的细致的操作后才能达到最佳拟合状态。

参考文献

[1]金涛，童水光.逆向工程技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]高东强，杨飞，闰媛媛.逆向工程在塑料产品及其模具设计中的应用[J].中国塑料，2014，28（1）：99-102.

作者简介：王志宏（1990，10-），男，汉族，辽宁凌源，本科，助理工程师，中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司制造数据中心，研究方向：模线样板。