基于NX11的葉輪軸零件逆向造型設計

譚偉林 彭志強 鄧浩

1.湖南鐵路科技職業技術學院 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已有產品實物零件進行表面數據采集，并利用三維造型軟件重構零件三維CAD模型的過程。相對于傳統正向造型，逆向造型是對外來先進技術的吸收和消化，開發新產品的有效方法，能有效縮短設計周期，提高產品經濟性[1]，快速占領市場。本文主要某機械部件中葉輪軸為例（圖1所示），根據零件已有STL模型數據，對其進行模型定位、逆向造型，并最終實現葉輪軸的逆向造型設計。

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據進行采集形成點云文件后，經過降噪、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，該模型會出現在空間任意位置[2]。為了便于后期的逆向造型和數控加工，首先需完成STL模型定位，其核心思路是構建一個零件的坐標系，然后使其與NX11建模環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利用三點創建STL模型的左右兩個平面，并根據基準平面“二等分”創建中心對稱平面B，由此確定X軸，并最終完成零件坐標系的創建；④運用“移動對象”命令中“CSYS到CSYS”方式，“起始CSYS”指定為新創建的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”在葉輪軸的幾個關鍵部位創建平面，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特征截面的創建，并運用“旋轉”命令完成回轉特征的創建，建模結果如圖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平面創建兩平面，利用“截取曲線”命令獲取葉輪部分關鍵點，并通過“樣條曲線”命令擬合葉輪部分曲線，再通過“網格曲面”命令創建葉輪曲面。在縫合網格曲面后，利用縫合曲面裁剪主體模型，完成單個葉輪部分的創建，通過陣列葉輪部分，最終形成葉輪部分的創建，圖4。

圖4 葉輪部分的創建

④最后，完成螺紋孔、倒圓角、倒直角等細節特征的創建，結果如圖5所示。

3 對比分析

圖5 葉輪軸逆向造型結果

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

表1 結果對比分析數據

4 結語

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品的三維模型，而且可以進一步修改并生成完成的產品圖紙，為后續的數控加工帶來了很大的便利，極大縮短了設計開發周期，提高了產品的工作效率，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。