CATIA是CAD/CAE/CAM一体化软件,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器和消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。CATIA在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处,为各种车辆的设计和制造提供了端对端的解决方案。

CATIA拥有强大的曲面设计模块,如:

(1)创成式造型(Generic Shape Design,GSD):有完整的曲线操作工具和基础的曲面构造工具,除可以完成曲线操作以外,还可以完成拉伸、旋转、扫描、边界填补、桥接、修补碎片、拼接、凸点、裁剪、光顺、投影和高级投影以及倒角等功能,连续性达到G2。

(2)自由风格造型(Free Style Surface,FSS):除包括GSD中的所有功能以外,还可完成如曲面控制点、自由约束边界和去除参数等功能,达到汽车A面标准的曲面桥接、倒角和光顺。

(3)数字曲面编辑器(Digitized Shape Editor,DSE):可根据输入的点云数据进行采样、编辑和裁剪,达到接近产品外形、生成高质量的mesh小三角片体的要求。

(4)快速曲面重构(Quick Surface Reconstruction):根据输入的点云数据或小三角片体,提供各种方式生成曲线,供曲面造型使用。

以上这些模块都包括在Shape design & Styling模块中。下面就以汽车后保险杠为例,具体应用CATIA软件完成从点云数据到后保险杠CAD造型的过程。

一、点云滤除

在逆向工程中,点云数据数量非常庞大,数据之间没有显式的几何拓扑关系,且含有大量无用数据,需进行处理以减少点的数量外,也可以使用删除和滤除的方法去除的多余噪点。后保险杠的点云处理中,竖向的点云由于很不规范,方向变化较大,所以采用手工取点的方式处理,水平的点云则运用了自动滤除的方式。点云处理后的结果如图1所示。

图1

二、创建曲线网格

根据先生成折线,再生成曲线的原则创建曲线,并藉此建立曲线网格。首先划分出后保险杠的边界曲线,如图2所示。

图2

对于经纬线方向的内部曲线,采用自动生成的方法,均匀划分出各条曲线。这样,通过边界曲线和经纬线,就构成了完整的曲线网格,如图3所示。

图3

三、曲面拟合

根据以上操作获得的曲线网格,用“曲面拟合”命令重建曲面。在建立拟合曲面的过程中,对于边角和曲率变化大的地方,适当采用了如放样、扫掠和桥接曲面等方法来实现曲面的重建。

四、曲面对称

点云数据是后保险杠的一部分,要得到完整的曲面图,还要利用后保险杠的对称性质,将已经得到的曲面进行对称处理。在点云数据的横向右侧边界处选定中间对称面,如图4所示。对称面要严格保证和点云数据及形成的网格曲面右边界保持垂直,否则在对称连接处将出现错误的折线。

图4

以此对称面为准进行对称处理,得到完整的保险杠曲面,如图5所示。

图5

图6

五、曲面完成

各部分点云分别处理后,整体拼合修饰得到图6所示的最后CAD模型。模型经过工艺修改,利用CATIA自带的编程模块生成走刀加工NC代码文件以后,就可以进行下游的零件加工程序了。

六、结束语

目前,基于原型或实物的逆向工程,特别是对于没有原始几何信息的零件,因其快捷的开发方式,已经成为完成零件精确几何造型的重要手段。应用CATIA软件提供的逆向工程设计功能,可以大大提高零件的设计和生产效率,降低制造成本。