逆向工程復雜曲面數控加工技術(shù)分析論文
摘要：所謂逆向工程，其主要是指在缺失完整的設計圖紙或者沒(méi)有設計圖紙和CAD模型時(shí)，以當前擁有的實(shí)物模型為參考，利用各種數字化掃描技術(shù)來(lái)重新構造產(chǎn)品樣本的CAD模型。與此同時(shí)，還需要使用先進(jìn)的CAD技術(shù)來(lái)制造、改進(jìn)和修改產(chǎn)品的樣本形狀，從而使得模型產(chǎn)品可以被最終加工出來(lái)。利用逆向工程對復雜曲面進(jìn)行數控加工是一種新型的加工技術(shù)，對其進(jìn)行全面的分析和研究，對于促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要作用。
關(guān)鍵詞：逆向工程；復雜曲面；數控加工技術(shù)
利用逆向工程對復雜曲面進(jìn)行數控加工，主要利用CAD系統生產(chǎn)的CAD模型與NC加工程序等，是當前一種比較成熟且應用范圍較為廣泛的復雜曲面加工技術(shù)。該項技術(shù)主要是利用三維數據掃描，在掃描過(guò)實(shí)物之后，在計算機設備中進(jìn)行建模和完善，生成NC程序，并與數控加工機床產(chǎn)生通訊，從而快速的完成產(chǎn)品模式的制造。在加工復雜曲面過(guò)程中使用此種方法，不僅可以提高曲面的制作速度，還能夠對CAD模型進(jìn)行再次創(chuàng )新。因此，對該項加工技術(shù)進(jìn)行具體研究，對于推動(dòng)制作和模型設計行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。
1、數字化的掃描技術(shù)
一般情況下，主要通過(guò)接觸式與非接觸式方法來(lái)采集三維數據，其中，接觸式測量方法包括連續式的數據采集和點(diǎn)位觸發(fā)式的采集數據方式。在接觸式采集中，電位觸發(fā)式采集方式的采集速度比較慢，只適用于需要數據量少的表面數字化或者是檢測零部件表面形狀等場(chǎng)合；連續式采集法的采集速度比較快，可以應用在一些需要大規模采集數據的場(chǎng)合。從效果上來(lái)看，接觸式測量具有精確度高、操作簡(jiǎn)便、采集成本低以及抗干擾能力強等優(yōu)勢，但由于該方法在測量過(guò)程中存在接觸壓力，所以在測量一些質(zhì)地比較柔軟的零件時(shí)，容易產(chǎn)生誤差較大的測量結果；并且，該方法的測頭半徑還存在著(zhù)三維補償的問(wèn)題。非接觸式的測量方式由于測頭不需要與其測量物體的表面直接接觸，主要依靠激光、電磁場(chǎng)和聲波等方式來(lái)傳播數據，所以不會(huì )產(chǎn)生接觸壓力。目前，常見(jiàn)的測量方式主要有：以激光作為傳播媒介的斷層掃描測量和激光三角形測量法。與此同時(shí)，非接觸測量還擁有測量速度快、測量過(guò)程中不會(huì )損壞零件表面、測量距離遠、對測量環(huán)境要求低、不存在三維補償問(wèn)題以及適用于測量彈性較大或者是質(zhì)地較為柔軟的零部件等優(yōu)勢，這也使得該項測量技術(shù)在近些年得到了快速的發(fā)展[1]。
2、數據預處理
受設備自身缺陷或者是零件表面質(zhì)量等方面因素的影響，使得獲取測量數據的過(guò)程中經(jīng)常會(huì )出現壞點(diǎn)或者是跳點(diǎn)，而為了保證數據結果的精確性，需要在重構CAD模型前，對獲得的數據進(jìn)行預處理[2]。數據預處理主要包括以下幾個(gè)方面：一是消除掉測量數據中存在的噪聲點(diǎn)；二是對數據中缺失的信息進(jìn)行插補；插補數據中缺失的信息；三是優(yōu)化數據信息，除掉多余的數據；四是對在不同定位點(diǎn)得到的測量數據進(jìn)行歸類(lèi)和統一處理，并且，對于接觸式測量得到的數據還需要消除掉測頭半徑產(chǎn)生的影響因素，保證數據的光整性。
3、重構CAD模型
當CAD模型曲面被數字化之后，就會(huì )在空間范圍內形成一系列的離散點(diǎn)，而重構CAD模型，就是要以這些離散點(diǎn)為基礎，將計算機設備作為輔助，利用與幾何模型設計的相關(guān)基礎對CAD模型的曲面進(jìn)行重新構建。一般情況下，如果重構的是復雜曲面，不可以只利用一張曲面來(lái)擬合全部數據點(diǎn)，而是要以曲面原型具有的全部特點(diǎn)為依據，將測量的數據點(diǎn)劃分成幾塊不同的區域，并在各個(gè)區域內擬合出不同種類(lèi)的曲面，再利用曲面過(guò)渡或者是求交的方式將不同的曲面連接成一個(gè)整體[3]。在逆向工程技術(shù)中，重構CAD模型曲面的方式有三種：第一，以NURBS或者是B-spline曲線(xiàn)為基礎的方法；第二，以三角Bezi-er曲面為基礎的方法；第三，以多面體來(lái)描述曲面物體的方法。其中，由于以NURBS曲面為基礎的方法能夠通過(guò)權因子和控制點(diǎn)改變曲面的形狀，且具有較高控制局部形狀的能力，所以，此種方式是當前一種比較先進(jìn)的CAD模型重構法。
4、使用CAM生成曲面數控加工的刀具軌跡
該方法既是當前加工復雜曲面零件技術(shù)中最重要的一種，也是研究深度最廣的一種，其加工的質(zhì)量、效率和可能性主要是由是否可以形成有效刀具軌跡所決定的。就目前來(lái)看，應用范圍比較廣泛的CAD軟件類(lèi)型相對較多，但無(wú)論哪一種方法，其生產(chǎn)刀具軌跡的方式大致相同。其中，常用的方法有：第一，截面線(xiàn)加工。該加工法是采用在一種平行的平面或者是一組曲面上去掉或者是切掉被加工的表面，截出一系列需要應用到的交線(xiàn)，然后讓被加工曲面和刀具的接觸點(diǎn)沿著(zhù)交線(xiàn)運動(dòng)，來(lái)完成曲面加工的。但由于求取曲面和曲面的交線(xiàn)比較困難，所以一般都在平面上選取截面。第二，等殘留高度加工。主要是通過(guò)討論在對球頭刀進(jìn)行三軸加工是采用等殘留高度的計算方法來(lái)計算步距，在保證相鄰的兩個(gè)軌跡之間殘留的高度值都等于最大的殘留高度的基礎上，以增加加工步距的方式來(lái)縮短軌跡的長(cháng)度，從而達到節約加工時(shí)間，提高復雜曲面加工效率的目的。
5、結論
作為當前產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設計和制造技術(shù)中的一種核心技術(shù)，逆向工程是模型設計與制造領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)人員的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。以逆向工程技術(shù)為基礎，在CAD集成技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的支持下重構復雜曲面，不僅可以減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)花費的時(shí)間，還能夠提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，有效解決產(chǎn)品在復雜曲面設計方面的相關(guān)問(wèn)題，從而使得相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)效率和核心競爭力得到極大的提升。因此，基于逆向工程技術(shù)，對復雜曲面的數控加工技術(shù)進(jìn)行研究，對于推動(dòng)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)步具有極高的現實(shí)意義。
參考文獻：
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