基于逆向工程的曲面零件重構(gòu)

聶迪　趙彥如

摘 要：自從2000年以來，我國就進(jìn)入了信息時(shí)代，而信息時(shí)代以計(jì)算機(jī)為主要研究設(shè)備，因此，計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)變得如火如荼，而基于逆向工程的曲面零件重構(gòu)正是計(jì)算機(jī)發(fā)展領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分。本文主要針對(duì)逆向工程進(jìn)行闡述，對(duì)逆向工程中的數(shù)據(jù)采集、處理、CAD模型重建以及數(shù)控加工刀具軌跡生產(chǎn)的過程進(jìn)行說明，并通過實(shí)例說明如何基于逆向工程進(jìn)行曲面零件的重構(gòu)。

關(guān)鍵詞：逆向工程；曲面零件；曲面重構(gòu)；數(shù)控加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.104

0 前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域也隨之?dāng)U大，現(xiàn)階段幾乎所有行業(yè)都需要借助計(jì)算機(jī)來進(jìn)行工作，因此，掌握好計(jì)算機(jī)技術(shù)十分必要。對(duì)于基于逆向工程的曲面零件重構(gòu)工作更是需要相關(guān)工作人員熟練掌握相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，方能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求以及滿足生產(chǎn)的需要。

1 逆向工程的概念、流程及設(shè)計(jì)步驟

1.1 逆向工程的概念

逆向工程是一種以實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品造型技術(shù)，主要是通過數(shù)字化的測(cè)量儀器來對(duì)物體表面的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行收錄，然后再經(jīng)過逆向工程對(duì)數(shù)據(jù)的整理以及處理，來獲取該產(chǎn)品的數(shù)字模型信息，在逆向工程中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)輔助制造的數(shù)控系統(tǒng)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)以及制造[1]。

1.2 逆向工程實(shí)現(xiàn)的流程

實(shí)現(xiàn)逆向工程過程總共分為五個(gè)步驟，一為準(zhǔn)備模型階段，該階段是逆向工程的基礎(chǔ)階段；二是三維測(cè)量環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)用數(shù)據(jù)資料來表明該模型的所占空間；三是計(jì)算機(jī)再設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)是逆向工程的基本環(huán)節(jié)，是最為核心技術(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)，四是快速成型階段，此階段是零件生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，也是檢驗(yàn)重構(gòu)零件是否合格的重要階段；最后是投入生產(chǎn)，即進(jìn)行零件的大規(guī)模生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的重要階段。

1.3 逆向工程實(shí)施的步驟

首先是準(zhǔn)備工作，即確定設(shè)計(jì)的整體思路之后再對(duì)實(shí)物進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，在能夠確定模型的構(gòu)成以及模型的曲面類型之后再進(jìn)行軟件的選取和確定。其次是數(shù)字化的構(gòu)建，即通過掃描的方法來獲取零件實(shí)物的三維坐標(biāo)值，一般來說，通過3D掃描測(cè)量的方式來獲得坐標(biāo)的方法較為常用。再次是幾何特征的提取，任何實(shí)物的曲面都可以通過一種幾何公式來進(jìn)行表達(dá)，而對(duì)幾何特征的提取工作，一般有兩種方法，一是邊界分割法，二是區(qū)域分割法，兩者相對(duì)比，區(qū)域分割法更具有明確的幾何特征，因此，常用區(qū)域分割法來對(duì)零件實(shí)物的曲面特征進(jìn)行提取。

2 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理是重構(gòu)CAD模型離散數(shù)據(jù)的主要依據(jù)，是數(shù)字化技術(shù)的首要步驟，只有獲得了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，才能夠?qū)⒄`差與曲面進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)正確的CAD建模。通常情況下，數(shù)據(jù)的采集是用某種測(cè)量方法以及測(cè)量儀器來讀出實(shí)物表面的若干點(diǎn)組成的幾何坐標(biāo)，而坐標(biāo)數(shù)據(jù)的采集也分為兩種，即接觸式數(shù)據(jù)采集以及非接觸式數(shù)據(jù)采集，接觸式數(shù)據(jù)采集是以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為主要代表的傳統(tǒng)型儀器，其缺點(diǎn)是容易損傷測(cè)頭以及被測(cè)零件的表面，而非接觸式數(shù)據(jù)采集由于避免了物體的接觸，所以不會(huì)有測(cè)頭以及被測(cè)物的損傷，并且由于測(cè)量速度快，自動(dòng)化程度較高，適用于較多的軟件，所以被廣泛的使用。

3 模型的重建

常用的數(shù)控加工曲面有三種[3]：

（1）行切法：即刀具依據(jù)零件的輪廓以及切點(diǎn)的軌跡進(jìn)行加工，該種方法精度高，并且效率高，缺點(diǎn)為容易導(dǎo)致殘留高度相差較大，因此可用于零件的粗加工。

（2）層切法：即將零件的其余過多的部分進(jìn)行一層層的切除。由于該方法的刀具軌跡固定，空刀現(xiàn)象少，效率高，所以也是一種較為常用的高效率加工方法。

（3）環(huán)切法：常用于各種槽腔的曲面加工，包括槽腔中各種凸臺(tái)和復(fù)雜型面的加工，該種加工方法是較為常見的一種高效率的精細(xì)加工方法。

4 實(shí)例

本次所加工的零件是某種零件的蓋子，在通過逆向工程的數(shù)據(jù)測(cè)量后，可以得到如圖1所示的測(cè)量模型，通過3D模型的構(gòu)建，并利用CAXA程序生成刀具的軌跡，經(jīng)過仿真，通過數(shù)控加工就可得到該模型的實(shí)體零件。圖2為零件的重構(gòu)曲面。

5 結(jié)論

逆向工程技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)結(jié)合在一起的一種綜合性計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠在CAD的操作界面中將復(fù)雜的曲面零件進(jìn)行重構(gòu)，不僅大大減少了零件產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，增加了零件的開發(fā)質(zhì)量，還能夠真正的實(shí)現(xiàn)降低開發(fā)的成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。基于逆向工程的曲面零件開發(fā)技術(shù)能夠?qū)a(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加工整個(gè)信息流程及時(shí)監(jiān)控，既能夠較快達(dá)到企業(yè)的生產(chǎn)目標(biāo)，又能夠在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出自身的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]高曉芳.基于逆向工程的曲面零件重構(gòu)及NC加工[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010（05）：164-165.

[2]黃斌達(dá)，王琦，陳發(fā)威.復(fù)雜曲面零件的逆向建模及數(shù)控加工仿真的研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010（12）：97-100.