零件参数化逆向设计

摘 要：本文介绍了各类零部件逆向参数化设计的一种方法。利用参数化设计模板，对某零件进行了实例设计与分析，得出参数化建模过程可以提高优化和改进设计的效率，并且缩短了产品开发的周期。

关键词参数化；逆向设计；建模

中图分类号：H：文献标识码：A：文章编号：1673-9671-(2012)022-0196-01

当前，缩短产品开发周期，不断推陈出新，才能适应市场需求。更有迅捷的产品设计方法的应用势在必行。但是大多数工业类的零部件具有功能多样化、外观造型复杂化等特点。对于传统开发流程而言，由于正向设计产品周期长、成本高的缺点不断突出，这些显然它已经很难适应。本文针对机械产品中普遍的零部件逆向设计，提出了一种有效快捷的参数化设计方法和及其流程，以实例设计进行详细介绍，是零部件高效设计新理念。

1参数化逆向设计介绍

逆向设计是产品设计的逆向工程，是先有通过一些有效的方法得到产品的外观模型，然后利用外观扫描数据快速建模，以缩短产品在正向设计阶段对外观设计的时间。这是相对传统设计而言的，传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，称其正向设计。而逆向参数设计能快速建立新产品的数据化模型，在参数化的基础上，快速修改优化结构尺寸等，可以大大缩短新产品研发周期，提高设计效率。整个参数化逆向设计工程一般包括数据采集点云、数据处理和参数化建模。

2参数化建模过程

参数化建模是要求所建模型的外观特征，几何尺寸具有可修改、可优化的功能的三维模型。参数化后的模型能修改方便，使得用户对模型进行优化时无需重新建模，只需对必要的参数，包括特征的尺寸，角度等，进行修改就可以自动生成零件模型。

1）参数化模板。CATIA参数化的模板是通过零部件设计过程中得一个参考点来控制，这个点是原点坐标系里面的一个确定的点，所有设计的点、线、面都必须相对于该点来确定。根据零件设计的一般过程，提出了一个合理的参数化模板。

根据零件结构特征，不同的软件的建模方法大致相同，因此，可以将参数化模板分为：扫面数据、原点坐标系、零件设计过程和最终结果四大部分。整体模板结构形式如图1所示。

通过原点坐标系和扫描数据，确定一个参考点，并给出其坐标（可以是零件孔位的中心点）。然后分析零件，确定建模思路，在不考虑各类特征的情况下利用参考点建好基础面，形成零件的主干，然后根据参考点将特征建好，最后完成零件的建模，整体数据与参考点具有尺寸相关性，所有基础点线面的尺寸可修改。

2）实例设计过程。通过三维激光扫描仪采集了某钣金件的数据。由于环境及仪器本身震动等因素的影响，会出现一部分误差较大的数据，所以在进行建模之前，先在软件中对数据处理，先定位好坐标系；然后去杂、光顺和三角化，最后数据优化，由于扫描的点是非常多而且密集的，通过压缩不必要的数据，这样可以提高计算机运行速度。数据导入catia中如图2所示。

必须根据上面的数据判断出每个特征具体是什么（如：平面、圆柱面、球面等），只有这样才能用明确的方法来进行设计，当然有些地方变化太小了，不可能看出来的，就可以根据作出来的面和点云的精度来判断，精度达不到要求就要考虑其他的特征，或者通过几个面来完成。在实际的设计中不能只看它的精度，要从零件制造的变形等多方面考虑，所以有些不足的地方须要补上，搞清楚工艺变形以便逆向设计出的零件达到要求。

根据参数化模板进行设计；第一步，导入零件扫描数据。第二步，原点坐标系，是该零件在整个产品中的参考坐标系，用于装配或者导入其他软件进行分析。第三步，若是对于一些对称或旋转零件，可以考虑过设计一半或一部分，这样加快建模速度。第四步是整个零件的建模过程，首先取好参考点，一般以特殊的点，如孔的中心点。然后是分析零件，确定大面设计，然后是特征包括凸凹台，翻边，切边，孔，按步骤依次完成。第五步是生成零件实体，这便是最终模型。

整个参数化设计的核心在于建模的时候都是通过一个点来形成参数关联，通过控制点的位置就可以控制零件特征的位置，通过基础点线面征的尺寸来控制所绘制的图形的尺寸。一般情况下，零件件是由主干模型和特征组成的，而主干模型一般是规则简单的几何体，这样分解零件就可以在建模时，按照上述步骤进行都是可以实现，而对于过度复杂的个别零件不适用。

从上面的整个设计过程可以看出，零件的结构逆向设计主要就是想

办法怎么在固定的坐标系中，从点云中提取对工程化设计有用的信息（点、线、面），再结合设计零件的要求和生产工艺，再按照参数化的设计流程就可以实现整个逆向工程化了。其难点是思考零件的建模思路，分解好主干和特征，这样才能有效的利用参数化来后期改进和

优化。

3结论

综上所述，零部件相互间有着紧密的联系和协调性，应用参数化设计在现代机械产品开发中具有重要的意义，可以大大提高零件开发设计的工作效率，适合系列产品的演变，大大缩短产品开发周期。自定义参数化模板在零件设计过程中可以很好的体现参数化设计优势，培养了零件开发设计中的整体设计理念，通过对零件结构特征的分析理解，可以很好把握零件的要素特征和关键结构形式，便于优化设计零件，从而提高零件件设计质量。

参考文献

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[2]金涛,陈建良,童水光.逆向工程技术研究进[J].中国机械工程,2001,27(3):1430-1436.

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