基于逆向工程技術(shù)對(duì)大耳朵圖圖的建模及數(shù)控加工

文/樊偉，重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

目前在產(chǎn)品的開發(fā)及制造過(guò)程中，幾何造型技術(shù)已使用得相當(dāng)廣泛。但是，由于種種原因，仍有許多產(chǎn)品并非由 CAD模型描述，設(shè)計(jì)和制造者面對(duì)的是實(shí)物樣件。為了適應(yīng)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，需要通過(guò)一定途徑，將這些實(shí)物轉(zhuǎn)化為 CAD模型，使之能利用CAD及CAM等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行加工處理。與這種從實(shí)物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型技術(shù)相關(guān)的技術(shù)，已發(fā)展成為CAD和 CAM技術(shù)中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的范疇，稱為“逆向工程”(Reverse Engineering)。逆向工程又稱反求工程、反向工程、抄數(shù)等，它是利用對(duì)產(chǎn)品點(diǎn)陣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并生成三維模型，利用數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行零件加工的過(guò)程。這項(xiàng)技術(shù)在產(chǎn)品(尤其是交通工具)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普及速度較快

1 逆向工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程

逆向工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品，反向推出產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(包括各類設(shè)計(jì)圖或數(shù)據(jù)模型)的過(guò)程。該過(guò)程包括數(shù)據(jù)測(cè)量、曲面重構(gòu)及產(chǎn)品加工。其中CAD曲面構(gòu)建是逆向工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是影響逆向工程速度的瓶頸問(wèn)題，因此，提高逆向工程幾何建模的自動(dòng)化程度和通用性是目前逆向工程研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。

文章以大耳朵圖圖加工制造為例，介紹利用UG軟件在逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

2 設(shè)計(jì)思路

制作1：1的大耳朵圖圖模型提取模型表面上若干離散的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提取后的點(diǎn)云首先需要進(jìn)行平滑、去噪、濾波等預(yù)處理，將預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件的逆向造型模塊中，實(shí)現(xiàn)曲線曲面的重構(gòu)，獲得CAD模型。最后，可以利用獲取的CAD模型進(jìn)行快速成型、模具設(shè)計(jì)等工作。（如圖1所示）

圖1 點(diǎn)云處理

圖2 模型調(diào)點(diǎn)

3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理

利用十字鼠標(biāo)同一類行的點(diǎn)云做對(duì)比，并將不正確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。（一般情況下點(diǎn)云的不正確位置可能因?yàn)閽呙鑳x接觸偏差產(chǎn)生的）因此，基于這一點(diǎn)，我們首先得將點(diǎn)云調(diào)整為橫平豎直，只有這樣才為后續(xù)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，所以調(diào)點(diǎn)步驟至關(guān)重要。將點(diǎn)調(diào)正并建立工件坐標(biāo)系。調(diào)點(diǎn)后（如圖2所示）。

4 構(gòu)建曲面

4.1 利用樣條曲線將大耳朵圖圖勾勒出來(lái)，在這里曲線的建立必須借助輔助面和一些曲線來(lái)幫助我們完成任務(wù)。但是曲線的端點(diǎn)與瓶身形成相切約束，只有這樣才能完成曲線的光順。（如圖3所示）。

圖3 構(gòu)建樣條曲線

圖4 網(wǎng)格曲面的建立

4.2 用網(wǎng)格曲面功能創(chuàng)建曲面（如圖4所示）。曲面功能最重要的一點(diǎn)就是在連接的時(shí)候必須得到達(dá)面面相切的結(jié)果，所以在制作面的時(shí)候必須小心謹(jǐn)慎，也就是要注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題。例如：在面面相切的問(wèn)題上，我們提供的解決辦法一般都是移動(dòng)坐標(biāo)或者拉伸輔助曲線來(lái)標(biāo)制做截面曲線，然后利用樣條曲線的G01來(lái)連接；一般情況下橋接曲線也能達(dá)到要求。在細(xì)節(jié)工具欄下有倒角工具，將該優(yōu)化的優(yōu)化下，然后沿著X-Y平面整體鏡像過(guò)去，縫合一個(gè)整體。

5 產(chǎn)品數(shù)控加工

5.1 分析零件，確定加工工藝

通常加工分粗加工、半精加工和精加工，在拿到毛坯時(shí)首先需要對(duì)毛坯的頂面進(jìn)行加工，以保證頂面的平面和工作臺(tái)面的平行度，這一步通常可以使用手動(dòng)進(jìn)行切削，然后再使用大刀具快進(jìn)給速度進(jìn)行粗加工，切削掉大部分材料，然后在需要的地方進(jìn)行半精加工，半精加工后使零件表面上的余量保持相同，最后進(jìn)行精加工，以達(dá)到零件的精度要求。

5.2 刀具路徑生成、驗(yàn)證

在設(shè)置好參數(shù)后即可生成刀具路徑，生成刀具路徑后要對(duì)刀具路徑進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通常有2種方式，一種是通過(guò)線框顯示方式，通過(guò)肉眼來(lái)觀察有沒(méi)有產(chǎn)生干涉;另一種是通過(guò)UG自帶的仿真功能進(jìn)行模擬加工仿真，通過(guò)觀察仿真的結(jié)果來(lái)查看是否正確。刀具路徑及最后加工的產(chǎn)品。

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，使用三維掃描儀，獲得大耳朵圖圖點(diǎn)數(shù)據(jù)且進(jìn)行相應(yīng)輪廓點(diǎn)和掃描點(diǎn)歸類，利用UG軟件的逆向工程模塊中的“點(diǎn)云”等功能進(jìn)行的三維曲面造型和制造模塊中的 NC后處理功能進(jìn)行產(chǎn)品制造，可以大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造周期，更加有效地提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。