以控制臂為例探究復雜曲面零件逆向建模及仿真解析

[摘 要] 復雜曲面零件是機械加工制造中常見的零件類型，但是這類零件建模周期長，二次創新困難。為改善復雜曲面零件的建模效果，需選擇適宜的建模方式。逆向建模屬于一種基于實物樣件的CAD模型重構技術再運用的CAM技術生成并檢查到有的路徑和數控代碼，進而完成對復雜曲面零件的加工制造，可有效縮短生產周期。故此，詳細開展復雜曲面的零件逆向建模和仿真，旨在提高復雜曲面零件加工的效率和加工質量，推動制造企業持續健康發展。

[關 鍵 詞] 復雜曲面；零件；逆向建模；仿真

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）20-0151-01

機械制造過程中，復雜曲面零件的種類較多，為保障復雜曲面零件的生產，需展開對復雜曲面的有效建模，常規建模的周期較長，且零件的二次優化和創新效果不理想。借助復雜曲面的零件逆向建模，可完成對復雜曲面零件加工的模擬與仿真。但是，實際的復雜曲面零件逆向建模中應用存在理解不清、應用不明的情況，制約逆向建模的效果，亟須改進與完善。基于此，本文以某一型號控制臂為例，對具體復雜曲面的零件逆向建模展開研究，并對具體的仿真進行闡述，內容如下。

一、逆向建模研究

復雜曲面的零件具有加工困難和設計周期長的特點，在實際的復雜曲面零件加工中，可借助逆向建模的方式。所謂逆向建模主要是借助實際的復雜曲面零件，對其進行實物CAD建模，再借助CAM技術對具體的走刀路徑和數控代碼進行研究，從而獲取復雜曲面零件的具體加工方式。逆向建模中，需要對各類關鍵技術進行應用，提升建模效果，常見的關鍵技術有：

（一）數據采集及預處理技術

借助測量設備對實物零件的數據進行采集，并得到數據點的三維坐標值。再借助去雜、降噪等方式，實現對原始點云數據的預處理。

（二）曲面重構技術

選擇有效的數據分割方法，擬合多個曲面片，完成曲面模型的完整構建。

（三）CAD模型重構

實現實物的CAD模型構建，囊括實物的全部結構、動態特性和力學特征等。

二、復雜曲面的零件逆向建模

為探究分析復雜曲面的零件逆向建模，本次研究選取某型號的控制臂為例，對其具體的逆向建模進行研究闡述，內容如下。

（一）控制臂零件的CAD模型重構

控制臂的零件屬于復雜曲面零件，具體控制臂的零件CAD模型重構，主要是從點云信息獲取開始，運用三坐標測量機，展開對控制臂零件的掃描，再選擇Imageware軟件完成對云點云數據的預處理。此外，UG軟件與Imageware軟件具有較好的數據共享性能，UG可以直接完成數據文件的讀取。再借助UG軟件的三維建模功能，實現CAD的模型重建。

1.在Imageware軟件的支持下，展開曲線架構的創建，再借助點云數據的采樣和預處理后，完成對控制臂曲線架構的創建。

2.曲面重構。這部分同樣是在Imageware軟件的支持下展開，根據點云數據信息的基本情況，獲取直紋面，再運用掃描曲面的方式展開曲面重構。

在CAD模型重構后，需要結合具體情況，對誤差展開分析，并根據分析結果探討誤差對模型是否存在直接影響，如不影響，則可忽略。

（二）數控加工自動編程

為實現數控加工的自動編程，則需要對刀具、軌跡等進行研究。逆向建模，可借助CAM完成對控制臂零件具體加工方案的確定，包括刀具選型、加工余量、加工部位等內容。完成后，在UG-CAM模塊中對加工環境進行創建，設計切削方式、參數等內容，進而得到具體的刀位軌跡。再借助UG的功能，完成對刀具軌跡的轉化，使之成為數控系統能夠識別的數控代碼。

三、復雜曲面零件逆向建模后的仿真

仿真模擬主要選擇VERICUT仿真系統，且由于UG軟件攜帶VERICUT模塊功能，可展開對復雜曲面零件逆向建模后的仿真。

（一）虛擬機床建立

選擇VERICUT模塊中的組件，可完成對實體機床的模擬，建立虛擬機床，對虛擬機床的參數進行初始化設計，調用相關系統控制文件，并檢查機床是否合格。

（二）刀具庫建立

檢查合格后，根據加工需求，對VERICUT模塊的備選刀具進行選擇，并按照數控加工自動編程的刀具需求，展開對刀具庫的建立。

（三）在VERICUT中新建項目文獻

加載機床和刀具文件，添加毛坯，調入數控加工自動程序，對工作原點進行設計，進而完成對控制臂加工的仿真模擬。

完成后，對控制臂的仿真結果與實物的數據參數進行比較，確認合格，說明零件逆向建模符合復雜曲面零件生產需求。

總之，研究復雜曲面零件逆向建模的基本概念和關鍵技術，再對具體逆向建模中CAD模型重構和數控加工自動編程進行研究，最后運用VERICUT仿真系統對其進行加工制造仿真，并得到仿真的結果符合設計要求，確保逆向建模符合復雜曲面零件生產要求。

參考文獻：

[1]常影，明哲，張秀芳，等.復雜曲面的零件逆向建模及其仿真分析[J].組合機床與自動化加工技術，2016（3）：61-63.

[2]黃斌達.復雜曲面零件的逆向建模、數控加工及仿真的研究[D].南昌航空大學，2011：25-26.