導(dǎo)語：復(fù)雜曲面零件逆向建模及數(shù)控加工研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

逆向建模是一種反求工程，當(dāng)需要加工的零件缺少實(shí)物的外部尺寸、特征以及材料等素材的情況下，利用三維掃描技術(shù)獲取實(shí)際零件的三維點(diǎn)云坐標(biāo)，并將坐標(biāo)通過曲面重構(gòu)技術(shù)重新構(gòu)建實(shí)物的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型，最終通過數(shù)控加工實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的快速制造[1]。逆向建模及數(shù)控加工中包含了多領(lǐng)域、多學(xué)科的技術(shù)，其中有硬件逆向技術(shù)、軟件逆向技術(shù)以及實(shí)物逆向技術(shù)等。與傳統(tǒng)的零件加工制造相比，逆向建模與數(shù)控加工可以在前人的基礎(chǔ)上對(duì)零件進(jìn)行創(chuàng)新，并將現(xiàn)有的零件產(chǎn)品作為參照目標(biāo)，制造出新的目標(biāo)產(chǎn)品，從而為制造業(yè)提供更多創(chuàng)新的產(chǎn)品，加快制造業(yè)的發(fā)展。基于此，本文開展對(duì)復(fù)雜曲面零件逆向建模及數(shù)控加工方法研究。

1復(fù)雜曲面零件逆向建模

1.1復(fù)雜曲面零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。復(fù)雜曲面零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量決定最終模型的質(zhì)量，因此點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集是逆向建模中最重要的關(guān)鍵步驟。基于復(fù)雜曲面零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文選用非接觸式測(cè)量法，通過三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備對(duì)復(fù)雜曲面零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采集[2]。由于復(fù)雜曲面零件中存在較多的工件尺寸，需要沿不同方向?qū)Τ叽鐪y(cè)量，因此在測(cè)量前首先要對(duì)測(cè)量時(shí)使用的測(cè)頭進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)在校準(zhǔn)的過程中完成對(duì)測(cè)頭半徑的補(bǔ)償。開始測(cè)量后，還需要對(duì)復(fù)雜曲面零件的表面、光柵尺、導(dǎo)軌等進(jìn)行清潔，避免產(chǎn)生誤差。再使用專用的自動(dòng)裝卸設(shè)備將復(fù)雜曲面零件放置在固定的位置。為了使采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，還需要對(duì)測(cè)量路徑進(jìn)行規(guī)劃，通常情況下規(guī)劃是沿著某一特征方向，順著方向采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。對(duì)于復(fù)雜曲面零件而言構(gòu)建各規(guī)則元素所需最少點(diǎn)云數(shù)據(jù)如表1所示。完成測(cè)頭的標(biāo)定后，設(shè)定相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集密度及掃描方向，開始對(duì)復(fù)雜曲面零件進(jìn)行掃描，并在掃描結(jié)束后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為.imw格式。1.2曲線逆向架構(gòu)。GemagicdesignX軟件的優(yōu)勢(shì)在于可以直接被UnigraphicsNX數(shù)控加工軟件讀取，不需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。具體的架構(gòu)流程為：在GemagicdesignX軟件界面中，在每個(gè)點(diǎn)云網(wǎng)格中創(chuàng)建一條適當(dāng)?shù)那€，并判斷每條曲線是否符合復(fù)雜曲面零件加工的精度和光順程度[3]。若不滿足要求則重新創(chuàng)建更加精準(zhǔn)且光滑的曲線；若滿足條件則進(jìn)行下一步操作。再判斷創(chuàng)建的曲線是否存在一定的連續(xù)性，若不存在則重新對(duì)曲線進(jìn)行編輯操作，若存在則將該曲線創(chuàng)建出來，完成對(duì)復(fù)雜曲面零件的曲線架構(gòu)。1.3曲面重構(gòu)。在GemagicdesignX軟件中包含多種創(chuàng)建零件曲面的方法，包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接生成曲面、直線蒙皮、四邊界生成曲面以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)和曲線結(jié)合的方法生成曲面。本文選擇在GemagicdesignX軟件中對(duì)曲面重構(gòu)的具體創(chuàng)建流程為：首先考慮后續(xù)數(shù)控加工操作對(duì)復(fù)雜曲面零件的曲面基本要求，判斷每個(gè)曲面的精度或光順是否符合加工要求，若不符合則根據(jù)后續(xù)工作的要求，在光順性和精確度之間找到平衡點(diǎn)，以滿足數(shù)控加工過程對(duì)曲面的要求；若符合要求則考慮曲面是否滿足聯(lián)系性要求，若不符合則重新對(duì)曲面進(jìn)行編輯；若符合則利用該點(diǎn)云數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲面[4]。創(chuàng)建后的曲面還需要在GemagicdesignX軟件中對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)及曲面的偏差進(jìn)行檢測(cè)，檢查曲面及點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差。通常情況下除去誤差較大的部分，保證各數(shù)據(jù)參數(shù)的誤差在±1.0mm之間。逆向建模是一個(gè)從整體到局部的建模過程，因此首先構(gòu)建整體閉合連續(xù)的曲面，再利用CAD軟件構(gòu)建復(fù)雜曲面零件的細(xì)節(jié)特征模型。

2復(fù)雜曲面零件數(shù)控加工方法

2.1刀位軌跡生成。本文選用UnigraphicsNX軟件對(duì)復(fù)雜曲面零件進(jìn)行數(shù)控加工操作，首先對(duì)刀位軌跡生成。首先在被加工的復(fù)雜曲面零件的曲面上采集一組刀觸點(diǎn)，再將刀觸點(diǎn)直鉆環(huán)衛(wèi)刀位點(diǎn)，生成刀具的路徑。圖1為UnigraphicsNX軟件數(shù)控加工自動(dòng)編程的具體流程圖。UnigraphicsNX軟件采用的是CAD自動(dòng)編程技術(shù)，因此刀具軌跡在生成過程中是面向屏幕的圖形交互完成的。將上文逆向建模得到的復(fù)雜曲面零件模型輸入到CAD中，選擇對(duì)應(yīng)的加工工具、刀具以及工藝參數(shù)等，并生成加工刀具的位置源文件。再通過后置處理得到相應(yīng)機(jī)床的加工程序。2.2加工坐標(biāo)系設(shè)定。加工坐標(biāo)系是在加工原點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立坐標(biāo)，利用加工坐標(biāo)系對(duì)復(fù)雜曲面零件幾何體在數(shù)控機(jī)床上的加工位置定義，在編程過程中道具的軌跡坐標(biāo)就是根據(jù)復(fù)雜曲面零件的輪廓在加工坐標(biāo)系的坐標(biāo)明確的。利用UnigraphicsNX軟件的坐標(biāo)設(shè)定功能，設(shè)置三個(gè)坐標(biāo)軸，分別為x軸、y軸和z軸，三個(gè)坐標(biāo)軸的方向規(guī)定著數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的方向，在實(shí)際加工過程中應(yīng)當(dāng)保證毛坯在機(jī)床上的位置方便加工、對(duì)刀等操作。在UnigraphicsNX軟件中首先設(shè)定加工坐標(biāo)系，在加工環(huán)境窗口中點(diǎn)擊操作導(dǎo)航裝置，選擇其中的幾何視圖按鈕并勾選MCS選項(xiàng)。設(shè)定復(fù)雜曲面零件的加工坐標(biāo)系及工作坐標(biāo)系保持一致，即復(fù)雜曲面零件的底面為x軸和y軸的平面，刀軸的矢量方向?yàn)閦軸。在UnigraphicsNX軟件中創(chuàng)建一個(gè)加工操作首先要為該操作制定四個(gè)父節(jié)點(diǎn)組，包括程序父節(jié)點(diǎn)組、刀具父節(jié)點(diǎn)組、加工幾何體父節(jié)點(diǎn)組以及加工方法父節(jié)點(diǎn)組[5]。程序父節(jié)點(diǎn)組主要用于管理各個(gè)加工操作，同時(shí)排列各個(gè)加工操作在程序中的順序。刀具父節(jié)點(diǎn)組在創(chuàng)建和選擇合適的刀具時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮復(fù)雜曲面零件的加工類型、加工表面形狀以及加工部分的尺寸大小等因素。加工幾何體父節(jié)點(diǎn)組用于指定加工的復(fù)雜曲面零件的毛胚幾何體、部件幾何體等，并指定加工加工復(fù)雜曲面零件的加工方位。在加工過程中，可以保證加工精度和加工質(zhì)量。2.3創(chuàng)建加工操作。在創(chuàng)建加工坐標(biāo)系后，創(chuàng)建對(duì)復(fù)雜曲面零件的加工操作。每創(chuàng)建一個(gè)操作就相當(dāng)于生成一個(gè)加工步驟，在操作過程中，單一的刀軌以及生成這一刀軌的對(duì)應(yīng)信息組成一個(gè)結(jié)合。在UnigraphicsNX軟件中選擇指定的程序、幾何體和刀具后點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕，在指定加工區(qū)域中完成對(duì)相關(guān)切削參數(shù)及非切削參數(shù)的設(shè)定。生成的刀位文件內(nèi)容中包含刀具的中心推斷數(shù)據(jù)以及相關(guān)的加工參數(shù)數(shù)據(jù)，但只有這些數(shù)據(jù)仍無法對(duì)數(shù)控機(jī)床控制。對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床存在不同的數(shù)控系統(tǒng)，在不同數(shù)控系統(tǒng)中同一功能的控制代碼可能不同，因此還需將刀軌文件轉(zhuǎn)換為符合特定數(shù)控機(jī)床指令的加工程序文件。通過后置處理操作將刀位軌跡轉(zhuǎn)換為被數(shù)控機(jī)床識(shí)別的數(shù)控代碼，完成對(duì)復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工。

3結(jié)束語

本文對(duì)復(fù)雜曲面零件的逆向建模和數(shù)控加工方法進(jìn)行了研究，但由于知識(shí)水平有限，研究中仍存在某些方面的不足，例如點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集方法的局限性、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理過程人工干預(yù)量大、逆向工程各環(huán)節(jié)獨(dú)立等問題，在后續(xù)的研究中還將對(duì)這些問題進(jìn)行更加深入的研究。

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作者:沈羽 單位:河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院