張芳

摘要：以花灑為例，針對(duì)復(fù)雜曲面零件在逆向制造過程中存在的問題開展研究，將復(fù)雜曲面零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理后，通過曲面逆向架構(gòu)和曲面重構(gòu)，完成逆向建模設(shè)計(jì)，再利用數(shù)控加工軟件對(duì)正反兩面加工工藝進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，完成對(duì)復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工，為復(fù)雜曲面零件的制造提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：逆向造型;曲面重構(gòu);復(fù)雜曲面;兩面加工

1引言

復(fù)雜曲面零件的制造一直是加工制造領(lǐng)域棘手的問題，傳統(tǒng)方法多是模具翻模制造，模具設(shè)計(jì)加工流程繁瑣，且累計(jì)誤差較大;逆向工程與數(shù)控自動(dòng)編程的的發(fā)展為解決這個(gè)難題提供了很好的思路，并且與傳統(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。

2復(fù)雜曲面的逆向建模

2.1花灑數(shù)據(jù)采集

在進(jìn)行逆向工程時(shí)，三維掃描是最基本的一步。它是獲得原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的最直接的方法，也是最理想的方法。原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)是后面進(jìn)行逆向處理的根本依據(jù)，因此三維掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的好壞直接影響到逆向建模的成功與否。從三維數(shù)據(jù)的采集方法上來(lái)看，非接觸式的方法由于同時(shí)擁有速度和精度的特點(diǎn)，因而在逆向工程中應(yīng)用最為廣泛。我們采用非接觸激光掃描儀對(duì)花灑進(jìn)行掃描。

2.2花灑點(diǎn)云處理

掃描得到的產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)會(huì)不可避免的引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和邊界附近的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周圍的曲面片偏離原曲面，所以要對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，通常要經(jīng)過以下步驟：

1.去掉噪音點(diǎn)，將點(diǎn)云顯示在圖形終端上，或者生成曲線曲面，采用半交互半自動(dòng)的光順方法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查調(diào)整;

2.數(shù)據(jù)插補(bǔ)，對(duì)于一些掃描不到的區(qū)域，其數(shù)據(jù)只能通過數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法來(lái)補(bǔ)齊，這里要考慮兩種曲面造型技術(shù)，基于點(diǎn)的樣條曲面逆向造型和基于點(diǎn)的曲面擬合技術(shù)。

3.數(shù)據(jù)平滑，數(shù)據(jù)平滑的目的是為了消除噪音點(diǎn)，得到精確的模型和良好的特征提取效果，采用平滑法處理方法，應(yīng)力求保持待求參數(shù)所能提供的信息不變。

4.數(shù)據(jù)光順，一方面由于精度原因不允許對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)施加過大的修改量來(lái)滿足光順的要求，另一方面由于實(shí)物邊界曲面的多樣性，邊界上的某些特征點(diǎn)（邊界折拐點(diǎn)）必須予以保留，而不能被視為“壞點(diǎn)”。

5.將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅文Ｐ停ㄟ^設(shè)置點(diǎn)間距來(lái)進(jìn)行采樣，目標(biāo)三角面片的數(shù)量可以進(jìn)行人為設(shè)定。對(duì)三角面片文件的優(yōu)化處理并刪除釘狀物命令，減少噪音命令使用2至3次，并對(duì)垃圾面片進(jìn)行處理。

6.去除特征效果在曲率變化大的邊緣處應(yīng)用效果不佳，可以采用填補(bǔ)孔命令，在面片上破孔處理使用單個(gè)填充孔命令，最終面片完成。

3花灑零件逆向造型設(shè)計(jì)

將優(yōu)化好的面片導(dǎo)入逆向設(shè)計(jì)軟件，采用手動(dòng)對(duì)齊方式，將坐標(biāo)系確定好，采用自動(dòng)分割，將敏感度調(diào)制合適的數(shù)值，模型會(huì)將不同曲率的區(qū)域以不同顏色劃分，把同一曲面上的領(lǐng)域合并到一起，成為一個(gè)領(lǐng)域，有利于下一步曲面造型。在劃分好的領(lǐng)域中采用面片擬合命令鋪出外形曲面，并使用放樣命令，得到所需要的曲面。通過裁剪命令裁剪出對(duì)稱的一半產(chǎn)品，使用鏡像命完成令曲面創(chuàng)建。

通過裁剪命令裁剪出對(duì)稱的一半產(chǎn)品，使用鏡像命完成令曲面創(chuàng)建。使用縫合命令來(lái)，做出實(shí)體模型，進(jìn)行精度分析。

4.花灑零件正反面加工

對(duì)于復(fù)雜曲面零件，在綜合分析零件加工表面形狀、加工部分的尺寸大小、加工精度等因素的條件下，采用工藝搭子，為防止加工時(shí)產(chǎn)生變形，建立搭子時(shí)與虎鉗鉗口平行的面一定要有與之垂直。指定修剪邊界，至少要偏置出一個(gè)刀具直徑，這樣可以在不發(fā)生撞刀的情況下使切削余量最小化減少切削時(shí)間。正反面加工工藝相仿，型腔銑大刀開粗，緩坡面固定軸區(qū)域精加工，陡峭面深度輪廓精加工，值得注意的是正面加工后創(chuàng)建小平面體，以此作為反面加工的毛坯，在仿真過程中勾選碰撞檢查，將可能出現(xiàn)的碰撞遏制在自動(dòng)編程階段。

5結(jié)束語(yǔ)

通過逆向造型的誤差對(duì)比分析，可有效采取措施減少制件的形狀誤差，自動(dòng)編程的仿真加工可有效模擬真實(shí)加工環(huán)節(jié)，包括殘余料厚、碰撞檢查等，但由于編者水平有限，研究中仍存在不足，比如：點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的局限性，面片擬合優(yōu)化，加工精度控制等等，在后續(xù)的研究會(huì)重點(diǎn)推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉劍龍，陸榮，孔維森，等.航天薄壁框架類零件數(shù)控加工的變形抑制方法[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2019，48（06）：059-061.

[2]武迎迎，趙國(guó)強(qiáng)，秦濤，等.復(fù)雜零件數(shù)控加工在線測(cè)量技術(shù)研究[J].機(jī)械制造，2019，57（07）：072-075.

[3]趙文杰，夏尚飛.基于GeomagicDesignX的安全錘的逆向設(shè)計(jì)與仿真加工分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（1）

[4]高曉芳.復(fù)雜曲面的逆向造型設(shè)計(jì)及多軸聯(lián)動(dòng)加工[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2019，（4）

[5]高志華，劉旸等.基于逆向工程的工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)控加工應(yīng)用研究[J]新技術(shù)新工藝，2019，（6）

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