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CREAFORM在逆向工程產(chǎn)品研發(fā)及加工上的應(yīng)用
近年來隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，車輛的行駛動能及載荷大幅度提高，使傳統(tǒng)的摩擦片式制動裝置越來越不適應(yīng)長時(shí)間高強(qiáng)度的工作需求。長時(shí)間的頻繁使用行車制動器會出現(xiàn)效能熱衰退現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致制動失效，威脅行車安全，現(xiàn)應(yīng)某企業(yè)要求，根據(jù)其提供的傳統(tǒng)減速器實(shí)物，運(yùn)用三維掃描技術(shù)，獲得實(shí)物表面精確的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行二次開發(fā)新型液渦流緩速器，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，滿足了設(shè)計(jì)需求。
一、減速器二次開發(fā)的逆向工程
1. 逆向工程及其相關(guān)技術(shù)要素：
逆向工程（RE）也稱反求工程或反向工程，是設(shè)計(jì)下游向上游反饋信息的回路。在已有產(chǎn)品消化、吸收的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)、材料或功能的改進(jìn)、創(chuàng)新，開發(fā)新產(chǎn)品。逆向工程典型過程是采用特定的坐標(biāo)測量設(shè)備和測量方法對實(shí)物模型進(jìn)行測量，獲取實(shí)物模型的特征參數(shù)；借助相關(guān)軟件將所獲取的特征數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中重構(gòu)逆向?qū)ο竽Ｐ?；對重建模型進(jìn)行創(chuàng)新、改進(jìn)和分析；以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行編程、加工、開發(fā)新產(chǎn)品。
逆向工程技術(shù)要素包含三維掃描、數(shù)據(jù)處理、三維建模、模型分析和技術(shù)評價(jià)等過程。三維掃描是利用三維數(shù)字化測量設(shè)備，將物體的表面特征轉(zhuǎn)化為離散的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取物體表面三維數(shù)據(jù)的方法有接觸式和非接觸式2類。常用接觸式三維掃描設(shè)備包括三坐標(biāo)測量機(jī)和隨動式掃描儀，非接觸式三維掃描設(shè)備包括二維影像儀、激光掃描儀、三維光學(xué)掃描儀?，F(xiàn)采用手持式非接觸式激光掃描儀HANDYSCAN BLACK，相配套的數(shù)據(jù)處理軟件是VXelements。非接觸式激光掃描儀采用激光三角測量原理對物體的表面特征進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后根據(jù)反射光信息利用三角法等計(jì)算物體表面采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)。非接觸式激光掃描儀的特點(diǎn)是掃描速度快、成本底、攜帶方便、易于操作、可提供完整的誤差分析和評估。
減速器數(shù)據(jù)采集及三維建模：
數(shù)據(jù)取樣是逆向工程和產(chǎn)品二次開發(fā)的第1步，采用相應(yīng)設(shè)備對實(shí)物模型表面進(jìn)行掃描和測量，以獲取實(shí)物的表面特征數(shù)據(jù)，有時(shí)也包含內(nèi)部數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶提議，現(xiàn)進(jìn)行以下步驟采集處理：①零件采用線切割拆分成兩半；②貼點(diǎn)；③掃描；④逆向數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、拼接，大面造型、過渡處理和偏差分析，如圖2所示。
對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理后，以IGES、txt等格式輸出到Geomagic Design X軟件中進(jìn)行曲面、實(shí)體重構(gòu)。首先提取關(guān)鍵截面曲線的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，選擇互交式剖切截面線生成曲線操作；然后尋找不合格點(diǎn)并修改其坐標(biāo)值、粗光順、精光順等處理，完成曲線的光順處理；后采用曲線生成曲面的釋放，進(jìn)行曲面重構(gòu)。曲面創(chuàng)建后，對其進(jìn)行誤差分析和光順品質(zhì)檢查，并運(yùn)用X曲面命令，調(diào)節(jié)曲面控制點(diǎn)，使曲面滿足精度要求。曲面構(gòu)建完成后，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用偏置等命令構(gòu)建減速器的三維造型。數(shù)據(jù)處理后以txt格式導(dǎo)出的數(shù)據(jù)在Geomagic Design X軟件中可直接進(jìn)行簡單的實(shí)體重構(gòu)。
二、緩速器數(shù)控技術(shù)加工
1. 工藝分析
液渦流緩速器中主機(jī)轉(zhuǎn)子、前定輪、后定輪的復(fù)雜性取決于液渦型腔，其內(nèi)部是由復(fù)雜的曲線曲面構(gòu)成。根據(jù)液渦型腔的結(jié)構(gòu)特征，主要由直紋面、圓弧曲面和自由曲面組成。直紋面的加工可以采用普通機(jī)械設(shè)備完成，而對于圓弧曲面和自由曲面的加工處理，則需要采用多軸坐標(biāo)數(shù)控設(shè)備才能高效、快捷地完成。對于液渦型腔有多種加工方法，如鑄造成形后修光法、電火花成型加工法等，這些加工方法雖然能滿足功能需求，但效率低、加工的液渦型腔成型質(zhì)量差。目前市場上常用的液力緩速器采用鑄造法加工，因其加工精度低，力矩不穩(wěn)定而產(chǎn)生振動，影響行車制動的安全與穩(wěn)定。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，CAD/CAM得到了廣泛的應(yīng)用，復(fù)雜的曲面也能保證加工精度，對于液渦型腔的加工，選擇數(shù)控五軸加工完成。
2. 加工步驟
根據(jù)液渦流緩速器的工作原理，影響其傳遞扭矩的大因素是液渦型腔，而液渦型腔的設(shè)計(jì)與加工成為液渦流緩速器的核心技術(shù)，因此零件加工前利用UG軟件對液渦型腔進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖3所示。
3. 數(shù)控車削加工
① 毛坯：正方形，尺寸為360mm×360mm×90mm；②數(shù)控車削：進(jìn)行粗加工，去除大部分毛坯余量，保證精加工時(shí)有穩(wěn)定的加工余量，以達(dá)到終產(chǎn)品的統(tǒng)一，為下道工序（五軸）加工做好定位準(zhǔn)備，如圖所示。
② 五軸加工的技術(shù)難點(diǎn)是夾具的合理設(shè)計(jì)和切削量的選擇，合理的夾具設(shè)計(jì)和切削量能縮短加工工時(shí)，提高生產(chǎn)率，充分發(fā)揮機(jī)床的功效和保證零件的加工精度。
