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)及制造過程中，幾何造型技術(shù)已使用得相當廣泛。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)計和制造者面對的是實物樣件。為了適應(yīng)先進制造技術(shù)的發(fā)展，需要通過一定途徑，將這些實物轉(zhuǎn)化為 CAD模型，使之能利用CAD及CAM等先進技術(shù)進行加工處理。與這種從實物樣件獲取產(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)中的一個相對獨立的范疇，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，它是利用對產(chǎn)品點陣數(shù)據(jù)進行分析并生成三維模型，利用數(shù)控加工技術(shù)進行零件加工的過程。這項技術(shù)在產(chǎn)品(尤其是交通工具)設(shè)計領(lǐng)域的普及速度較快

1 逆向工程產(chǎn)品設(shè)計過程

逆向工程產(chǎn)品設(shè)計就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品，反向推出產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)(包括各類設(shè)計圖或數(shù)據(jù)模型)的過程。該過程包括數(shù)據(jù)測量、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)，同時也是影響逆向工程速度的瓶頸問題，因此，提高逆向工程幾何建模的自動化程度和通用性是目前逆向工程研究的一個重點方向。

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云數(shù)據(jù)，提取后的點云首先需要進行平滑、去噪、濾波等預(yù)處理，將預(yù)處理后的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入UG軟件的逆向造型模塊中，實現(xiàn)曲線曲面的重構(gòu)，獲得CAD模型。最后，可以利用獲取的CAD模型進行快速成型、模具設(shè)計等工作。（如圖1所示）

圖1 點云處理

圖2 模型調(diào)點

3 點云數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理

利用十字鼠標同一類行的點云做對比，并將不正確的點云數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)。（一般情況下點云的不正確位置可能因為掃描儀接觸偏差產(chǎn)生的）因此，基于這一點，我們首先得將點云調(diào)整為橫平豎直，只有這樣才為后續(xù)的設(shè)計打下基礎(chǔ)，所以調(diào)點步驟至關(guān)重要。將點調(diào)正并建立工件坐標系。調(diào)點后（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，在這里曲線的建立必須借助輔助面和一些曲線來幫助我們完成任務(wù)。但是曲線的端點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就是在連接的時候必須得到達面面相切的結(jié)果，所以在制作面的時候必須小心謹慎，也就是要注意的細節(jié)問題。例如：在面面相切的問題上，我們提供的解決辦法一般都是移動坐標或者拉伸輔助曲線來標制做截面曲線，然后利用樣條曲線的G01來連接；一般情況下橋接曲線也能達到要求。在細節(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平面整體鏡像過去，縫合一個整體。

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，在拿到毛坯時首先需要對毛坯的頂面進行加工，以保證頂面的平面和工作臺面的平行度，這一步通?？梢允褂檬謩舆M行切削，然后再使用大刀具快進給速度進行粗加工，切削掉大部分材料，然后在需要的地方進行半精加工，半精加工后使零件表面上的余量保持相同，最后進行精加工，以達到零件的精度要求。

5.2 刀具路徑生成、驗證

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刀具路徑進行驗證，驗證通常有2種方式，一種是通過線框顯示方式，通過肉眼來觀察有沒有產(chǎn)生干涉;另一種是通過UG自帶的仿真功能進行模擬加工仿真，通過觀察仿真的結(jié)果來查看是否正確。刀具路徑及最后加工的產(chǎn)品。

6 結(jié)束語

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