基于NX11的葉輪軸零件逆向造型設(shè)計

譚偉林 彭志強 鄧浩

1.湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學院 湖南株洲 412006

2.中車株洲電力機車有限公司 湖南株洲 412006

逆向造型是指對根據(jù)已有產(chǎn)品實物零件進行表面數(shù)據(jù)采集，并利用三維造型軟件重構(gòu)零件三維CAD模型的過程。相對于傳統(tǒng)正向造型，逆向造型是對外來先進技術(shù)的吸收和消化，開發(fā)新產(chǎn)品的有效方法，能有效縮短設(shè)計周期，提高產(chǎn)品經(jīng)濟性[1]，快速占領(lǐng)市場。本文主要某機械部件中葉輪軸為例（圖1所示），根據(jù)零件已有STL模型數(shù)據(jù)，對其進行模型定位、逆向造型，并最終實現(xiàn)葉輪軸的逆向造型設(shè)計。

圖1 葉輪軸STL模型

1 模型定位

葉輪軸的STL文件是利用三維掃描儀對葉輪軸的表面數(shù)據(jù)進行采集形成點云文件后，經(jīng)過降噪、除雜而最終形成的。由于STL模型沒有指定坐標系，故將葉輪軸的STL文件導入NX11后，該模型會出現(xiàn)在空間任意位置[2]。為了便于后期的逆向造型和數(shù)控加工，首先需完成STL模型定位，其核心思路是構(gòu)建一個零件的坐標系，然后使其與NX11建模環(huán)境中的世界坐標系對齊即可。具體操作流程為：①利用三點確定基準平面工具在STL模型端面創(chuàng)建一基準平面A，由此確定坐標系的Z軸；②運用“截面曲線”命令得出基準平面A與STL模型的交點，并在基準平面A上利用已知交點繪制圓，由此確定坐標系原點；③利用三點創(chuàng)建STL模型的左右兩個平面，并根據(jù)基準平面“二等分”創(chuàng)建中心對稱平面B，由此確定X軸，并最終完成零件坐標系的創(chuàng)建；④運用“移動對象”命令中“CSYS到CSYS”方式，“起始CSYS”指定為新創(chuàng)建的STL模型坐標系，“目標CSYS”為NX11模型空間的絕對CSYS，將STL模型移動至坐標原點，完成葉輪軸STL模型的定位，如圖2所示。

圖2 STL模型坐標系構(gòu)建圖

2 逆向造型

在完成STL模型定位后，即可對STL模型進行關(guān)鍵尺寸的截取，逐步完成葉輪軸的實體建模。為精準、快速的完成葉輪軸的造型，可采取正向建模思路、逆向建模手段進行。

①通過“偏移基準平面”在葉輪軸的幾個關(guān)鍵部位創(chuàng)建平面，通過“截取曲線”命令讓這些平面與STL模型相交，而獲得不同采樣點，再運用草圖功能在各平面上根據(jù)采樣點繪制各截面草圖，最后運用“拉伸”命令完成部分實體的創(chuàng)建[3]。

②利用“截取曲線”命令讓XZ平面與STL模型求出采樣點，并利用草圖功能完成模型中間部分回轉(zhuǎn)特征截面的創(chuàng)建，并運用“旋轉(zhuǎn)”命令完成回轉(zhuǎn)特征的創(chuàng)建，建模結(jié)果如圖3所示。

圖3 主體逆向造型

③在葉輪部分的上下端，通過偏移XY平面創(chuàng)建兩平面，利用“截取曲線”命令獲取葉輪部分關(guān)鍵點，并通過“樣條曲線”命令擬合葉輪部分曲線，再通過“網(wǎng)格曲面”命令創(chuàng)建葉輪曲面。在縫合網(wǎng)格曲面后，利用縫合曲面裁剪主體模型，完成單個葉輪部分的創(chuàng)建，通過陣列葉輪部分，最終形成葉輪部分的創(chuàng)建，圖4。

圖4 葉輪部分的創(chuàng)建

④最后，完成螺紋孔、倒圓角、倒直角等細節(jié)特征的創(chuàng)建，結(jié)果如圖5所示。

3 對比分析

圖5 葉輪軸逆向造型結(jié)果

為檢查逆向造型結(jié)果是否滿足要求，通過Geomagic Control將逆向造型的結(jié)果模型與原STL模型進行對比檢查，結(jié)果如表1所示。通過分析對比分析結(jié)果，誤差0.08mm以內(nèi)占比60.9%，誤差0.2mm以內(nèi)占比93%，表明葉輪逆向造型結(jié)果基本符合逆向造型要求。

表1 結(jié)果對比分析數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

通過運用NX11對葉輪軸零件的逆向造型，獲得了基本反映原產(chǎn)品的三維模型，而且可以進一步修改并生成完成的產(chǎn)品圖紙，為后續(xù)的數(shù)控加工帶來了很大的便利，極大縮短了設(shè)計開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的工作效率，同時也表明NX11在機械零件逆向造型中的應用具有重大意義。