SolidWorks 逆向建模方法初探

覃 群

（江汉大学智能制造学院， 湖北 武汉 430056）

引言

传统的产品开发流程一般为：根据产品的功能需求，构思产品结构，设计零件图和装配体，然后加工生成产品。逆向设计是相对于正向设计而言的，它是根据样件或者实物原型，通过数据的采集，数据的处理和模型的重构来获取产品，逆向设计并不是简单的仿制，而是在原有产品的基础上进行再设计和创新，不是设计的目的，而是设计过程中的一个环节。逆向设计方法被广泛应用于飞机、汽车、模具、电子和机械产品等领域。

本文以一款游戏机手柄为例，如图1 所示，论述了基于SolidWorks2021 的逆向建模的主要过程，并对于建模过程中可能出现的问题，提出了解决的办法和解决技巧。

1 数据采集，获取3D 文件

产品的数据采集的方法分为接触式数据采集和非接触式数据采集。接触式数据采集应用比较广的是三坐标测量机，它利用机械探头，通过传感器将信号传给计算机，通过数据处理得到被测点的三维坐标；非接触式测量，如激光扫描等，应用非接触的方法和原理获得被测点的三维坐标。

这两种获取数据的方法各有优劣，前者测量物体边界比较精确，但是速度慢、效率较低，后者效率高，但是可能会受颜色等因素的影响且成本较高。

本文以激光扫描工具获得数据，通过计算机进行数据处理后得到网格3MF 文件进行逆向建模。

2 3MF 文件打开方法

在SolidWorks 软件中打开3MF 文件，可以是实体形式或者曲面实体形式。

如果以曲面实体的形式打开，如图2-1 所示，软件只会导入图形数据，不会尝试生成任何的实体，这样的数据不方便我们后期的建模操作，而以实体形式打开，如图2-2 所示，后期建模会更加的方便，所以本文选用实体形式打开。

选择“实体”形式的方法有两种：

1）在“打开文件”的对话框中，点击“选项”按钮，如图3 所示，选择“实体”选项。

2）如果想每次打开软件，都默认选“实体”选项，可以在软件的选项- 系统选项- 导入- 文件格式（选3MF）- 实体中进行设置，主要设置后，软件每次打开3MF 文件就默认是以实体形式打开了。

3 零件三维重建的主要过程

三维重建即通过对测量后得到的3MF 实体进行分割（切片），软件将分割后的三维数据进行曲面拟合，最终形成零件原型。

3.1 切片生成轮廓草图

运行切片命令，选择上视基准面。切片的数量可以根据模型的高度来调整，例如，切片数量为8 个，距离为20 mm，切片后结果如图4 所示。生成了8 个基准面，在实体上有8 个相交的轮廓草图。

3.2 修改截面位置

观察截面在实体中的相对位置，在曲面的关键位置最好有截面，这样重建的曲面更精确。所以切片以后，有些截面的位置需要调整修改一下。方法如下：

鼠标双击设计树上的相应的基准面的草图，例如基准面7 的草图7，然后就可以编辑修改草图尺寸，如将120 改成125，如图5-1 所示，修改后要重建模型，重建后的结果如图5 中间图所示，截面上移。同样的方法，修改截面6 的草图6，也上移，结果如图5-2所示，正好都在曲面的拐点处。

3.3 生成曲面

1）选择前视基准面，绘制草图，运行草图命令-点命令，分别在最上和最下各取一个点，作为轮廓开始和结尾的点。如图6-1 所示。

2）选取轮廓点，生成曲面。运行曲面- 边界曲面命令，然后从最下点开始，依次往上，每个轮廓截面上点击一个点，以最上点结束，如图6-2 所示，生成曲面。

3.4 修改、矫正曲面轮廓

观察生成的曲面，对不够光滑、比较尖的地方，例如最高点处，如图7-1 所示，需要进行修改矫正。方法如下：修改边界- 曲面的特征，在特征编辑框中点击最高点，如图7-2 所示，选方向向量，与上视基准面平齐，输入距离值8，即可修复平滑，结果如图7-3 所示。其他不光滑的地方都可以用这个方法修复，可以选择方向向量或者与轮廓垂直的方式来调整。

3.5 删除实体

在设计树上选择“输入1”即打开的3MF 文件的实体名，然后运行“直接编辑- 删除/保留实体”命令，将“输入1”删除掉。

3.6 分离重建的曲面

如上页图1 所示，该手柄部件由左右两部分组成，所以在上面生成整体曲面以后，用前视基准面作为分割平面，运行“特征- 分割”命令，将它分成两个部分。见下页图8。

4 重构曲面中可能出现的问题及解决办法

1）在切片生成轮廓草图的时候，网格线如果是由许多曲线段组成的，如下页图9-1 所示，这样对于后期的建模造型不是很方便，解决的方法是：如下页图9-2 所示，不要选切片编辑框里面的交叉点下面的“精确”选项，切片轮廓就是一个整圆了，结果如图9-3 所示。

2）修改矫正曲面轮廓的时候，看不到图7-1 所示的最高的尖点，这是由于“输入1”轮廓覆盖住了后来生成的曲面轮廓。这时只要鼠标右键点击设计树上的“输入1”，然后点击“隐藏”按钮，让“输入1”不显示，就可以观察到曲面上的尖点了。

5 其他部分的建模造型

正视基准面上绘制LOGO 草图，然后运行“草图- 分割”线命令，选择“投影”选项，点击手柄两曲面，让LOGO 草图投影到曲面上，如图10-1 所示。而且此LOGO 将曲面分割成几个区域，为后续着不同颜色做准备。着色后效果如图10-2 所示。

6 结语

本文通过三维扫描获取点云数据，通过逆向设计软件进行数据处理后在Soldiworks 软件中进行三维重建，还原零件原型。在此基础上还可以进行改进设计和创新设计，并为快速成型加工提供基础。实践证明，逆向建模设计可以加快设计的速度，提高设计的效率和造型的效果。