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逆向工程復(fù)雜曲面數(shù)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(shè)計(jì)圖紙或者沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙和CAD模型時(shí)，以當(dāng)前擁有的實(shí)物模型為參考，利用各種數(shù)字化掃描技術(shù)來(lái)重新構(gòu)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(duì)復(fù)雜曲面進(jìn)行數(shù)控加工是一種新型的加工技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行全面的分析和研究，對(duì)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(fù)雜曲面；數(shù)控加工技術(shù)
利用逆向工程對(duì)復(fù)雜曲面進(jìn)行數(shù)控加工，主要利用CAD系統(tǒng)生產(chǎn)的CAD模型與NC加工程序等，是當(dāng)前一種比較成熟且應(yīng)用范圍較為廣泛的復(fù)雜曲面加工技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)主要是利用三維數(shù)據(jù)掃描，在掃描過(guò)實(shí)物之后，在計(jì)算機(jī)設(shè)備中進(jìn)行建模和完善，生成NC程序，并與數(shù)控加工機(jī)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(fù)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?qū)AD模型進(jìn)行再次創(chuàng)新。因此，對(duì)該項(xiàng)加工技術(shù)進(jìn)行具體研究，對(duì)于推動(dòng)制作和模型設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。
1、數(shù)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(shù)據(jù)，其中，接觸式測(cè)量方法包括連續(xù)式的數(shù)據(jù)采集和點(diǎn)位觸發(fā)式的采集數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量少的表面數(shù)字化或者是檢測(cè)零部件表面形狀等場(chǎng)合；連續(xù)式采集法的采集速度比較快，可以應(yīng)用在一些需要大規(guī)模采集數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。從效果上來(lái)看，接觸式測(cè)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(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但由于該方法在測(cè)量過(guò)程中存在接觸壓力，所以在測(cè)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(cè)量結(jié)果；并且，該方法的測(cè)頭半徑還存在著三維補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。非接觸式的測(cè)量方式由于測(cè)頭不需要與其測(cè)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(shù)據(jù)，所以不會(huì)產(chǎn)生接觸壓力。目前，常見(jiàn)的測(cè)量方式主要有：以激光作為傳播媒介的斷層掃描測(cè)量和激光三角形測(cè)量法。與此同時(shí)，非接觸測(cè)量還擁有測(cè)量速度快、測(cè)量過(guò)程中不會(huì)損壞零件表面、測(cè)量距離遠(yuǎn)、對(duì)測(cè)量環(huán)境要求低、不存在三維補(bǔ)償問(wèn)題以及適用于測(cè)量彈性較大或者是質(zhì)地較為柔軟的零部件等優(yōu)勢(shì)，這也使得該項(xiàng)測(cè)量技術(shù)在近些年得到了快速的發(fā)展[1]。
2、數(shù)據(jù)預(yù)處理
受設(shè)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(cè)量數(shù)據(jù)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)壞點(diǎn)或者是跳點(diǎn)，而為了保證數(shù)據(jù)結(jié)果的精確性，需要在重構(gòu)CAD模型前，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理[2]。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括以下幾個(gè)方面：一是消除掉測(cè)量數(shù)據(jù)中存在的噪聲點(diǎn)；二是對(duì)數(shù)據(jù)中缺失的信息進(jìn)行插補(bǔ)；插補(bǔ)數(shù)據(jù)中缺失的信息；三是優(yōu)化數(shù)據(jù)信息，除掉多余的數(shù)據(jù)；四是對(duì)在不同定位點(diǎn)得到的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類(lèi)和統(tǒng)一處理，并且，對(duì)于接觸式測(cè)量得到的數(shù)據(jù)還需要消除掉測(cè)頭半徑產(chǎn)生的影響因素，保證數(shù)據(jù)的光整性。
3、重構(gòu)CAD模型
當(dāng)CAD模型曲面被數(shù)字化之后，就會(huì)在空間范圍內(nèi)形成一系列的離散點(diǎn)，而重構(gòu)CAD模型，就是要以這些離散點(diǎn)為基礎(chǔ)，將計(jì)算機(jī)設(shè)備作為輔助，利用與幾何模型設(shè)計(jì)的相關(guān)基礎(chǔ)對(duì)CAD模型的曲面進(jìn)行重新構(gòu)建。一般情況下，如果重構(gòu)的是復(fù)雜曲面，不可以只利用一張曲面來(lái)擬合全部數(shù)據(jù)點(diǎn)，而是要以曲面原型具有的全部特點(diǎn)為依據(jù)，將測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)劃分成幾塊不同的區(qū)域，并在各個(gè)區(qū)域內(nèi)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(gòu)CAD模型曲面的方式有三種：第一，以NURBS或者是B-spline曲線為基礎(chǔ)的方法；第二，以三角Bezi-er曲面為基礎(chǔ)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(chǔ)的方法能夠通過(guò)權(quán)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(dāng)前一種比較先進(jìn)的CAD模型重構(gòu)法。
4、使用CAM生成曲面數(shù)控加工的刀具軌跡
該方法既是當(dāng)前加工復(fù)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(yīng)用范圍比較廣泛的CAD軟件類(lèi)型相對(duì)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(yīng)用到的交線，然后讓被加工曲面和刀具的接觸點(diǎn)沿著交線運(yùn)動(dòng)，來(lái)完成曲面加工的。但由于求取曲面和曲面的交線比較困難，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(duì)球頭刀進(jìn)行三軸加工是采用等殘留高度的計(jì)算方法來(lái)計(jì)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(chǔ)上，以增加加工步距的方式來(lái)縮短軌跡的長(zhǎng)度，從而達(dá)到節(jié)約加工時(shí)間，提高復(fù)雜曲面加工效率的目的。
5、結(jié)論
作為當(dāng)前產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中的一種核心技術(shù)，逆向工程是模型設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域?qū)I(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(chǔ)，在CAD集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下重構(gòu)復(fù)雜曲面，不僅可以減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)花費(fèi)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(fù)雜曲面設(shè)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)力得到極大的提升。因此，基于逆向工程技術(shù)，對(duì)復(fù)雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步具有極高的現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]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(12):97～100.
[2]關(guān)曉冬.淺析復(fù)雜曲面數(shù)控加工技術(shù)及其應(yīng)用[J].電子世界,2014,08(10):256～257.
[3]陳子銀.基于逆向工程的玩偶數(shù)控加工技術(shù)探討[J].機(jī)電信息，2014，24(08):90～91.
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