基于逆向工程技术对大耳朵图图的建模及数控加工

文/樊伟，重庆工贸职业技术学院

目前在产品的开发及制造过程中，几何造型技术已使用得相当广泛。但是，由于种种原因，仍有许多产品并非由 CAD模型描述，设计和制造者面对的是实物样件。为了适应先进制造技术的发展，需要通过一定途径，将这些实物转化为 CAD模型，使之能利用CAD及CAM等先进技术进行加工处理。与这种从实物样件获取产品数学模型技术相关的技术，已发展成为CAD和 CAM技术中的一个相对独立的范畴，称为“逆向工程”(Reverse Engineering)。逆向工程又称反求工程、反向工程、抄数等，它是利用对产品点阵数据进行分析并生成三维模型，利用数控加工技术进行零件加工的过程。这项技术在产品(尤其是交通工具)设计领域的普及速度较快

1 逆向工程产品设计过程

逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品，反向推出产品设计数据(包括各类设计图或数据模型)的过程。该过程包括数据测量、曲面重构及产品加工。其中CAD曲面构建是逆向工程的关键环节，同时也是影响逆向工程速度的瓶颈问题，因此，提高逆向工程几何建模的自动化程度和通用性是目前逆向工程研究的一个重点方向。

文章以大耳朵图图加工制造为例，介绍利用UG软件在逆向工程的关键技术的应用。

2 设计思路

制作1：1的大耳朵图图模型提取模型表面上若干离散的点云数据，提取后的点云首先需要进行平滑、去噪、滤波等预处理，将预处理后的点云数据导入UG软件的逆向造型模块中，实现曲线曲面的重构，获得CAD模型。最后，可以利用获取的CAD模型进行快速成型、模具设计等工作。（如图1所示）

图1 点云处理

图2 模型调点

3 点云数据的采集和预处理

利用十字鼠标同一类行的点云做对比，并将不正确的点云数据进行调节。（一般情况下点云的不正确位置可能因为扫描仪接触偏差产生的）因此，基于这一点，我们首先得将点云调整为横平竖直，只有这样才为后续的设计打下基础，所以调点步骤至关重要。将点调正并建立工件坐标系。调点后（如图2所示）。

4 构建曲面

4.1 利用样条曲线将大耳朵图图勾勒出来，在这里曲线的建立必须借助辅助面和一些曲线来帮助我们完成任务。但是曲线的端点与瓶身形成相切约束，只有这样才能完成曲线的光顺。（如图3所示）。

图3 构建样条曲线

图4 网格曲面的建立

4.2 用网格曲面功能创建曲面（如图4所示）。曲面功能最重要的一点就是在连接的时候必须得到达面面相切的结果，所以在制作面的时候必须小心谨慎，也就是要注意的细节问题。例如：在面面相切的问题上，我们提供的解决办法一般都是移动坐标或者拉伸辅助曲线来标制做截面曲线，然后利用样条曲线的G01来连接；一般情况下桥接曲线也能达到要求。在细节工具栏下有倒角工具，将该优化的优化下，然后沿着X-Y平面整体镜像过去，缝合一个整体。

5 产品数控加工

5.1 分析零件，确定加工工艺

通常加工分粗加工、半精加工和精加工，在拿到毛坯时首先需要对毛坯的顶面进行加工，以保证顶面的平面和工作台面的平行度，这一步通常可以使用手动进行切削，然后再使用大刀具快进给速度进行粗加工，切削掉大部分材料，然后在需要的地方进行半精加工，半精加工后使零件表面上的余量保持相同，最后进行精加工，以达到零件的精度要求。

5.2 刀具路径生成、验证

在设置好参数后即可生成刀具路径，生成刀具路径后要对刀具路径进行验证，验证通常有2种方式，一种是通过线框显示方式，通过肉眼来观察有没有产生干涉;另一种是通过UG自带的仿真功能进行模拟加工仿真，通过观察仿真的结果来查看是否正确。刀具路径及最后加工的产品。

6 结束语

实践证明，使用三维扫描仪，获得大耳朵图图点数据且进行相应轮廓点和扫描点归类，利用UG软件的逆向工程模块中的“点云”等功能进行的三维曲面造型和制造模块中的 NC后处理功能进行产品制造，可以大大缩短产品设计、制造周期，更加有效地提高产品的竞争能力。