钣金件逆向设计探讨

逆向设计作为产品设计的一种方法，在我国汽车设计中起着十分重要的作用。文中以汽车座待支架为例，说明了钣金件逆向设计的一般流程，归纳了逆向设计中应注意的问题。

    逆向设计是指将实物转化为CAD模型的建模方法。任何产品的设计开发，不论是创新、改进还是仿制，都蕴涵着对已有技术的继承和应用。汽车的设计开发也不例外，尤其是我国的汽车设计，更离不开逆向设计。我国是汽车生产大国，但大部分产品是合资或引进的。因此，要通过学习、模仿来积累设计经验，掌握设计技术，为产品创新打下基础，这是提升我国汽车设计水平的必由之路。本文以某车座椅支架为例，结合CATIA软件的逆向功能，对汽车钣金件逆向设计方法进行探讨。
   
    1、逆向设计流程
   
    钣金件逆向设计流程如图1所示。

    1. 1点云检查
   
    样件的点云必须能完全反映零件的必需特征，测量精度能达到规定要求，点云无重复点。若不能满足以上要求.则需要补测。
   
nextpage    1. 2检查(校正)坐标
   
    点云坐标的校正一般分3步完成:①分析确定零部件的定位基准(关键孔位、关键线、关键面)。确定的基准元素必须能确定一个坐标系，即能限定直角坐标系的6个自由度。②分析零部件的对齐基准，确定点云是否已经对齐。若点云符合要求，则进行下道工序;若点云不符合要求，则需调整点云的坐标。③点云坐标的调整:首先建立与前面确定的定位基准相对应的对齐元素，若定位基准内有一基准元素为一点，则建立一基准点;有一基准线，则建立一基准线;有一基准面，则建立一基准面。然后利用软件的对齐(ALIGN)功能对齐点云的坐标，并对对齐的结果进行检查。若不合格，则重复上面的操作，直到合格为止。
   
    1. 3分析点云，去除杂点
   
    若样件周围杂点过多，影响零件特征的识别和提取，则用移除(Remove)功能去除多余点。若样件点云太密，影响软件的正常操作，则用过滤器(Filter)功能稀释点云。
   
    1. 4合并点云
   
    如果原测量点云是由单块点云拼合起来的，则需要把这些单块点云合并起来。
    
    1. 5样件特征分级
   
    根据汽车钣金件的设计经验，样件特征大体可分为A,B,C三级:A级为配合面、安装基准面、功能面、定位孔、特征线等尺寸精度要求较高的点线面，误差精度一般小于0. 5 mm;B级为结构面、过渡面、工艺面等尺寸精度要求一般的点线面，误差精度可适当放大，一般以不大于1 mm为宜;C级为过孔、工艺孔、加强筋边界、翻边等尺寸精度要求不高的点线面，误差精度可放大到2 mm左右。
   
    1. 6特征(特征点、特征线、特征面)区分
   
    按照特征识别的难易程度，零件的特征可分为清楚特征和不清楚特征。对一些基本的零件特征，如直线、平面、圆柱面等，可以直接区分出来;对不清楚的零件特征，常用下面的方法进行区分:①用网格化功能显示点云，使零件的特征显示得更加清楚;②去除所有的圆角，用假定的尖角代替，消除导圆造成的特征模糊不清;③对组合特征，要依靠自己的设计经验仔细分析，确定组成特征的子特征种类和子特征制作顺序，必要时可以参考其他类似特征的设计;④对于确实无法区分的特征，可根据零件的功能，在保证偏差的前提下直接进行制作。
   
    1.7特征提取
   
    根据特征的识别情况，用激活(Activate Areas)功能分别提取零件的特征。
   
    1.8特征拟合
   
    零件特征的拟合分为几何特征拟合和自由特征拟合。几何特征的拟合较容易，直接拟合成直线、平面、圆柱、圆锥和球等;自由特征的拟合较困难，一般采用传统的制作方法，即由点到线再到面。所以，自由特征的构建关键是建立关键点、关键线和关键面。只有在点、线、面上下工夫，才能将自由特征制作好。
   
    1.9特征编辑
   
    特征编辑分为参数特征编辑和非参数特征编辑。参数特征的编辑较简单，直接把特征参数修改成目标参数即可;非参数特征不能编辑，一般只能重新制作一遍。所以在拟合特征时最好带参数拟合。
   
    1.10误差分析
   
    误差要求分为最大误差要求、平均误差要求和最小误差要求，根据各零件功用的不同，选择不同的分析方法。
   
    1. 11绘制边界线，修剪边界
   
    边界线包括零件的边界线和零件上孔的边界线。无论是哪种边界线，都要求准确无误，否则零件的尺寸不对。
   
nextpage    1. 12导圆角，编辑小特征
   
    对编辑好的面导圆角，使逆向零件的结构再现;由于零件结构等原因使导圆角无法顺利进行时，一般只需对无法导角的部分进行小范围修改、编辑，即能达到要求。

    1. 13剩余特征加入，编辑
   
    剩余特征是指以其他特征为制作基础的特征，这类特征结构一般较易识别，制作时只需注意其特征的构建顺序即可。
   
    1. 14打孔，孔位尺寸圆整
   
    按绘制的孔边界线，在钣金件上打孔;对一些功能孔和基准孔的孔径及孔之间的相对距离进行圆整，根据不同要求，一般圆整为整数或0. 5的倍数。
   
    1. 15总体检查
   
    在特征逆向结束时，要对逆向数模做总体检查，确保各特征符合逆向的要求。对车身结构钣金件数模，一般进行如下检查:①特征检查，检查特征是否丢失;②偏差检查，检查数模与点云的偏差值是否符合要求;③孔位检查，检查孔位的尺寸及圆整情况;④拔模角及工艺圆角检查;⑤片体增厚检查，数模必须能沿着指定的方向增厚指定的数值。
   
    2、座椅支架的逆向设计
   
    1)支架的点云见图2，对点云作网格化处理。

    2)检查支架点云。点云的特征完整，整体上(孔除外)关于中心平面对称。
   
    3)支架点云的特征识别。支架整体结构上对称，只需对半边特征进行识别。支架框架由上平面、侧平面和下平面组成;支架上有12个加强筋;上平面上有一个凹槽，可按照加强筋上开孔处理;上平面和侧平面的左边缘及下平面的边缘翻边;下平面左安装点处有一工艺凸台;支架上有14个孔。
   
    4)找出基准特征，确定关联特征之间的关系。支架的上、下平面都是安装平面，都可以作为基准平面，选择特征更清楚的上平面作为基准面，下平面平行于上平面。
   
    5)特征拟合。首先拟合基准平面并作出对称中心平面，然后作出下平面和侧平面，最后加上加强筋及翻边等特征，并对特征进行编辑，结果见图3。

nextpage     6)对逆向出的结构导圆角，结果见图4。

    7)把结构沿对称面对称，并在对称后的数模上打孔，对圆孔编辑后得到完整支架数模(见图5)。

    8)对数模进行各项检查，完成座椅支架的逆向设计。
   
    3逆向设计中应注意的问题
   
    逆向设计时应特别注意以下问题:①充分考虑零件的使用功能;②充分考虑零件的制造工艺;③充分考虑零件的结构特点，尽量拟合成规则几何特征;④充分考虑与其他零件的设计硬点;⑤充分考虑零件的制造误差和零件变形，切忌把零件的制造缺陷和偏差带人逆向设计中;⑥遵循横、平、竖、直原则，如同一性质的安装孔的大小应一致，成排的孔的中心应通过一条直线或一条弧线等。
   
    4结语
   
    逆向设计不能简单地重构曲面，而要在正确把握设计思想的基础上，沿着设计思路逐步制作出零件的特征。本文探讨了汽车钣金件逆向设计的一般流程，归纳了影响逆向质量的问题。但钣金件的结构复杂多变，逆向方法多种多样，逆向时要依托设计者的设计经验，具体问题具体分析，根据零件的特点制定逆向方法，保证逆向工作简洁、可行。