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摘要：介紹了逆向三維掃描數(shù)據(jù)采集的過(guò)程、建模分析及產(chǎn)品制造工藝、數(shù)控加工，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，掃描數(shù)據(jù)合理，滿足產(chǎn)品二次開(kāi)發(fā)所需的技術(shù)參數(shù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：逆向掃描；三維建模；工藝分析；液渦流緩速器；制動(dòng)器

引言

近年來(lái)隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，車(chē)輛的行駛動(dòng)能及載荷大幅度提高，使傳統(tǒng)的摩擦片式制動(dòng)裝置越來(lái)越不適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的工作需求。長(zhǎng)時(shí)間的頻繁使用行車(chē)制動(dòng)器會(huì)出現(xiàn)效能熱衰退現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致制動(dòng)失效，威脅行車(chē)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(kāi)發(fā)新型液渦流緩速器，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，縮短了開(kāi)發(fā)周期，降低了開(kāi)發(fā)成本，滿足了設(shè)計(jì)需求。

1減速器二次開(kāi)發(fā)的逆向工程

1.1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(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。逆向工程典型過(guò)程是采用特定的坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行測(cè)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停粚?duì)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(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，如圖1所示。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(píng)價(jià)等過(guò)程。三維掃描是利用三維數(shù)字化測(cè)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(lèi)。常用接觸式三維掃描設(shè)備包括三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和隨動(dòng)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。現(xiàn)采用固定非接觸式激光掃描儀，相配套的數(shù)據(jù)處理軟件是VtopStudio2015。固定非接觸式激光掃描儀采用激光三角測(cè)量原理對(duì)物體的表面特征進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由單個(gè)或多個(gè)相機(jī)將拍攝到的條紋圖像輸入計(jì)算機(jī)中，然后根據(jù)光柵的形狀利用三角法等計(jì)算物體表面采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)。固定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(píng)估；缺點(diǎn)是不適合掃描曲率大的表面，點(diǎn)云邊界不清晰，有縫隙、孔洞的表面及易受環(huán)境光線和雜散光影響。

1.2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(kāi)發(fā)的第1步，采用相應(yīng)設(shè)備對(duì)實(shí)物模型表面進(jìn)行掃描和測(cè)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(guò)渡處理和偏差分析，如圖2所示。對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理后，以IGES、xt等格式輸出到UG6.0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；最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(duì)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(duì)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xt格式導(dǎo)出的數(shù)據(jù)在UG6.0軟件中可直接進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)體重構(gòu)。

2緩速器數(shù)控技術(shù)加工

2.1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(duì)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(duì)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(chǎng)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(dòng)，影響行車(chē)制動(dòng)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(duì)于液渦型腔的加工，選擇數(shù)控五軸加工完成。

2.2加工步驟

（1）實(shí)體設(shè)計(jì)。根據(jù)液渦流緩速器的工作原理，影響其傳遞扭矩的最大因素是液渦型腔，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(duì)液渦型腔進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖3所示。（2）數(shù)控車(chē)削加工。①毛坯：正方形，尺寸為360mm×360mm×90mm；②數(shù)控車(chē)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)到最終產(chǎn)品的統(tǒng)一，為下道工序（五軸）加工做好定位準(zhǔn)備，如圖4所示。（3）五軸加工。①加工A、B面蝸殼，裝夾如圖5所示；②回火處理，提高組織穩(wěn)定性和消除應(yīng)力；③精加工余量處，達(dá)到圖紙要求。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。液渦流緩速器的重要組成零件是主機(jī)轉(zhuǎn)子和前后定輪，其定轉(zhuǎn)子和定輪的外形形狀影響傳遞剎車(chē)的扭矩，因而在加工過(guò)程中盡可能采用一次裝夾的方式完成。采用五軸加工緩速器定輪和轉(zhuǎn)子可以減少夾具的使用數(shù)量，實(shí)際加工及組裝的部分過(guò)程如圖6所示。此外由于五軸聯(lián)動(dòng)設(shè)備在加工中不僅能避免采用較多特殊刀具，降低刀具成本，還能增加刀具的有效切削刃長(zhǎng)度，減小切削力，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，逆向工程技術(shù)可以將新的設(shè)計(jì)理念和功能通過(guò)數(shù)控設(shè)備加工展示，并應(yīng)用于實(shí)踐，汽車(chē)安裝經(jīng)上述加工的液渦流緩速器在3000多公里的山區(qū)坡道試驗(yàn)，液渦流緩速器及其附件未出現(xiàn)制動(dòng)力失效或制動(dòng)力衰退等故障。

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作者：李海林 羅科興 王端和 楊曉理 單位：貴州省電子信息技師學(xué)院