复杂曲面零件逆向建模及数控加工研究.doc

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1、复杂曲面零件逆向建模及数控加工研究逆向建模是一种反求工程，当需要加工的零件缺少实物的外部尺寸、特征以及材料等素材的情况下，利用三维扫描技术获取实际零件的三维点云坐标，并将坐标通过曲面重构技术重新构建实物的计算机辅助设计模型，最终通过数控加工实现对零件的快速制造[1]。逆向建模及数控加工中包含了多领域、多学科的技术，其中有硬件逆向技术、软件逆向技术以及实物逆向技术等。与传统的零件加工制造相比，逆向建模与数控加工可以在前人的基础上对零件进行创新，并将现有的零件产品作为参照目标，制造出新的目标产品，从而为制造业提供更多创新

2、的产品，加快制造业的发展。基于此，本文开展对复杂曲面零件逆向建模及数控加工方法研究。1复杂曲面零件逆向建模4学海无涯1.1复杂曲面零件点云数据采集。复杂曲面零件点云数据的质量决定最终模型的质量，因此点云数据的采集是逆向建模中最重要的关键步骤。基于复杂曲面零件的结构特点，本文选用非接触式测量法，通过三坐标测量设备对复杂曲面零件的点云数据进行采集[2]。由于复杂曲面零件中存在较多的工件尺寸，需要沿不同方向对尺寸测量，因此在测量前首先要对测量时使用的测头进行校准，同时在校准的过程中完成对测头半径的补偿。开始测量后，还需要对

3、复杂曲面零件的表面、光栅尺、导轨等进行清洁，避免产生误差。再使用专用的自动装卸设备将复杂曲面零件放置在固定的位置。为了使采集到的点云数据更加准确，还需要对测量路径进行规划，通常情况下规划是沿着某一特征方向，顺着方向采集点云数据。对于复杂曲面零件而言构建各规则元素所需最少点云数据如表1所示。完成测头的标定后，设定相应的点云数据采集密度及扫描方向，开始对复杂曲面零件进行扫描，并在扫描结束后将点云数据存储为.imw格式。1.2曲线逆向架构。GemagicdesignX软件的优势在于可以直接被UnigraphicsNX数控加

4、工软件读取，不需要对点云数据的格式进行转换。具体的架构流程为：在GemagicdesignX软件界面中，在每个点云网格中创建一条适当的曲线，并判断每条曲线是否符合复杂曲面零件加工的精度和光顺程度[3]。若不满足要求则重新创建更加精准且光滑的曲线；若满足条件则进行下一步操作。再判断创建的曲线是否存在一定的连续性，若不存在则重新对曲线进行编辑操作，若存在则将该曲线创建出来，完成对复杂曲面零件的曲线架构。1.3曲面重构。在GemagicdesignX软件中包含多种创建零件曲面的方法，包括点云数据直接生成曲面、直线蒙皮、四边

5、界生成曲面以及点云数据和曲线结合的方法生成曲面。本文选择在GemagicdesignX软件中对曲面重构的具体创建流程为：首先考虑后续数控加工操作对复杂曲面零件的曲面基本要求，判断每个曲面的精度或光顺是否符合加工要求，若不符合则根据后续工作的要求，在光顺性和精确度之间找到平衡点，以满足数控加工过程对曲面的要求；若符合要求则考虑曲面是否满足联系性要求，若不符合则重新对曲面进行编辑；若符合则利用该点云数据创建曲面[4]。创建后的曲面还需要在GemagicdesignX软件中对点云数据及曲面的偏差进行检测，检查曲面及点云数据

6、的误差。通常情况下除去误差较大的部分，保证各数据参数的误差在±1.0mm之间。逆向建模是一个从整体到局部的建模过程，因此首先构建整体闭合连续的曲面，再利用CAD软件构建复杂曲面零件的细节特征模型。2复杂曲面零件数控加工方法2.1刀位轨迹生成。本文选用UnigraphicsNX软件对复杂曲面零件进行数控加工操作，首先对刀位轨迹生成。首先在被加工的复杂曲面零件的曲面上采集一组刀触点，再将刀触点直钻环卫刀位点，生成刀具的路径。图1为UnigraphicsNX软件数控加工自动编程的具体流程图。UnigraphicsNX软件采

7、用的是CAD自动编程技术，因此刀具轨迹在生成过程中是面向屏幕的图形交互完成的。将上文逆向建模得到的复杂曲面零件模型输入到CAD中，选择对应的加工工具、刀具以及工艺参数等，并生成加工刀具的位置源文件。再通过后置处理得到相应机床的加工程序。2.2加工坐标系设定。加工坐标系是在加工原点的基础上建立坐标，利用加工坐4学海无涯标系对复杂曲面零件几何体在数控机床上的加工位置定义，在编程过程中道具的轨迹坐标就是根据复杂曲面零件的轮廓在加工坐标系的坐标明确的。利用UnigraphicsNX软件的坐标设定功能，设置三个坐标轴，分别为x

8、轴、y轴和z轴，三个坐标轴的方向规定着数控机床导轨的方向，在实际加工过程中应当保证毛坯在机床上的位置方便加工、对刀等操作。在UnigraphicsNX软件中首先设定加工坐标系，在加工环境窗口中点击操作导航装置，选择其中的几何视图按钮并勾选MCS选项。设定复杂曲面零件的加工坐标系及工作坐标系保持一致，即复杂曲面零件的底面为x轴和y轴的平面，刀轴的