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局部逆向工程技术与完整造型系统在汽车制造业的应用

作者：Delcam 翟万略

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摘要：使用英国 DELCAM 公司 PowerSolution 逆向工程系统 Delcam CopyCAD 和完整造型系统 Delcam PowerSHAPE 对局部逆向技术在汽车制造业的实施原理和过程进行全面阐述。作为现代汽车制造业的应用理念，有效的为汽车研发中心和汽车模具制造业提供新的使用完整造型系统逆向工程思路和解决方案。

关键词： Delcam 完全造型专利技术（Delcam PowerSHAPE）、局部逆向（Delcam CopyCAD）、STL 造型、特征装配(Embossing) 、复合材料、Total Modelling 、模仿变形（Morphing）、 Delcam PowerMILL 。

国内各大汽车厂商都在组建自己的汽车研究设计中心，大专院校进行汽车设计的研究也取得了重大成果，部分海外归来人士也在组建汽车设计中心，迅速崛起的私有企业团体也在组建自己的汽车研究中心。车身设计在中国呈现出巨大的技术、设备、人才等缺口，观念和概念也是众多栖身该行业人事非常关注的话题，本文从快速逆向技术的实施方式全局逆向、局部逆向技术、以及 STL 造型技术、全局模仿变形技术、曲面和 STL 模型混合编程技术等方面进行论述。

完整造型系统作为 DELCAM 公司在 CAD 软件领域的特有功能，主要描述为 Delcam PowerSHAPE 使用 Delcam 完全造型专利技术，将实体、曲面和三角面片造型建模技术相结合的完整混合造型系统，并能够进行 3D 模型的模仿变形（ Morphing ）和复杂 3D 形体的包裹等。

一、逆向技术的流程

国内车身设计现阶段仍然大量采用逆向工程手段完成，逆向工程众所周知是一个多学科的工程概念，工作量巨大，严重影响整车开发周期，传统逆向工程由于工程软件或其他技术制约，很难对中间 STL 模型进行处理，例如编辑修改，全局变形处理等，而需要把整个模型生成曲面模型，工作量繁重，例如对车型的局部修改，也非常困难，局部逆向是在此基础上提出的一个新的概念，掌握局部逆向工程的设计思路和应用手段，对新产品开发提供更强、更高的设计能力和设计手段。以下是对逆向工程的一个描述。

传统方式的逆向工程

二、局部逆向技术

局部逆向和传统方式有较大区别的处理方式，避免全部处理点云到 NURBS 曲面的烦琐过程，能够节约 90% 的工作时间，因为 Delcam CopyCAD 可以直接修改由点云生成的 STL 模型，光顺、部分修改以及最为重要的对同时存在 STL 模型和曲面模型的数控编程，对局部需要修改的模型也能够快速处理，生成直接制造的 NC 代码，用于 NC 机床的加工，下图对描述了一个局部逆向的一个简单流程，首先快速从点云生成 STL 模型，然后对需要修改的局部，如图示的在某个局部增加两条加强筋，然后可以把混合模型直接用于模具制造。

该方法在汽车车身设计过程中同样可以得到广泛应用，在 Delcam CopyCAD 中可以使用 STL 造型工具生成部分需要的特征，并和原有 STL 模型进行布尔运算操作，例如我们从外部读入一个车灯的造型，可以放置到合适的部位进行布尔运算等。

对模型进行几何特征设计 (Embossing) 计算，我们可以在已有的设计特征库选取需要添加到新的设计上的益友知识库文件，把该特征“安装”在 3D 形体上，并可以随时进行位置、大小等编辑、替换、调整如图示：

值得一提的是逆向工程系统 Delcam CopyCAD 和完整造型系统 Delcam PowerSHAPE 可以进行模仿变形操作（ Morphing ），可以改变模型到需要的形状，例如一个车门的 STL 模型，和理想的门框重合线不能达到要求，那么你可以选定需要变形的部分，再选中需要变形到的轮廓，全局变形将在很短的时间内完成，达到我们的要求，以下图例是对该功能的一个简单描述，首先是一个柱状产品，由于设计需要对口部的两种 Morphing 操作，初始的设计是一个旋转体，后面对吹风口进行两种模仿变形的事例。

该功能在汽车零部件制造可以有效使用，追溯到产品设计阶段、覆盖件模具制造阶段、冲压成型阶段，在这些阶段产生的误差可以分析为以下几个方面，通常的覆盖件设计没有过多考虑回弹变形等因素，往往采用整车设计分拆后的 CAD 模型为基础，直接制造模具，那么使用此模具生产的覆盖件，就存在较多的问题，处理这样的问题，成为业界关注的一项主要内容，汽车企业实施 2MM 工程过程中，车身的设计工艺基准性、制造工艺基准、检测工艺基准，很多汽车公司通过车身数据化制定了全部零件的参考点定位系统 (RPS), 并以这些数据为基础 , 通过模具和夹具的调整来提高车身匹配精度，那么要制造考虑变形因素的 CAD 模型进行模具制造或模具修复，例如下图看到的模型要改变模型由线 2 的位置到线 1 的位置，对模型进行整体变形，才能使制造的模具完成的冲压部件满足需求，那么在前面提到过的逆向工程系统 Delcam CopyCAD 和完整造型系统 Delcam PowerSHAPE 拥有模仿变形的功能，可以方便的控制模型整体产生变形，无须重新设计 CAD ，但这里提到的变形曲线，需要通过实际测量已有误差部件得到，使用调整过的曲面进行模具制造才能达到实际要求。

三、 STL 造型

对于 STL 造型，在设计领域是一个完全创新的概念，并且在 DELCAM 的 Delcam CopyCAD 中实现的一个功能，该功能允许设计团队和汽车研发人员，利用软件提供的有效工具进行雕刻、隆起、刻刀、堆积等工具，结合软件提供的形体造型功能有效完成艺术设计师必须使用手工操作对油泥等材料的构建，完全在数字化的环境中完成，同时对完成的造型可以进行整体的模仿变形，例如：在进行前挡风玻璃的设计过程中，由于风动实验数据需要对前挡风玻璃的坡度进行调整，就可以利用 STL 造型完成，同样该功能在纯熟工程师手中和现实的刻刀等工具一样使用，可以做很复杂的操作，下面有一个例子简单描述这个过程，该例子显示在车的后盖部位要增加一条修饰带，并最终要作到完成一个光顺的曲面用于车型加工：

从以上描述可以看出，局部逆向不仅仅是不进行完整的曲面造型，配合其工作的 STL 光顺功能、 STL 布尔运算功能、 STL 的模仿变形（ Morphing ）功能，使用局部逆向技术可以在车型逆向初期，就可以在电脑屏幕上看到你的预期修改车型局部部位使用支持“混合模型”编程系统，对混合模型编程直接生成 NC 代码的功能用于数控加工等，都是进行局部逆向必备条件，Delcam PowerMILL 能够很好的支持同时包含曲面和 STL 模型混合模型的编程并生成高质量的 NC 代码。就可以制造出 1/16 或其他规格的模型。

四、小结

本文从车身设计的整个过程出发从逆向和局部逆向技术对逆向环节做了陈述，提到的逆向工程软件支持 STL 的特征装配和布尔运算体系，逆向工程系统 Delcam CopyCAD 和完整造型系统 Delcam PowerSHAPE（Total Mode lling) 特征装配式车身设计新概念，通过详实的案例进行分析讲解，不当之处请大家批评指正。文中使用的相关软件是英国 DECAM 公司的产品，同时感谢使用该软件一汽模具中心、安徽福臻、保定长城汽车、重庆长安模具、北京比亚迪、上海美唐、成飞集成科技、上海延峰伟世通等应用 DELCAM 系列产品的工程师的大力支持，同时希望能在我国的车身设计和覆盖件制造领域有更多的合作机会。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/3/2008)


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