1 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)的發(fā)展，以及CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化，產(chǎn)品實(shí)物或模型首先通過(guò)掃描以及各種先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理手段獲得產(chǎn)品的幾何信息莲赐，然后充分利用CAD/CAM技術(shù)快速、準(zhǔn)確地建立產(chǎn)品的數(shù)學(xué)集合模型酿装，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓こ谭治龊虲AM編程访递，就可數(shù)控加工出產(chǎn)品模型，最后制成產(chǎn)品同辣，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品(樣件)——再設(shè)計(jì)——產(chǎn)品(批量)的制造過(guò)程拷姿。這種實(shí)物測(cè)量反求技術(shù)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品改型，模具設(shè)計(jì)等生產(chǎn)活動(dòng)中旱函；特別是對(duì)于具有復(fù)雜曲面外形的產(chǎn)品响巢，如汽車描滔、摩托車的復(fù)雜外形，也是消化踪古、吸收先進(jìn)技術(shù)進(jìn)而改造和開(kāi)發(fā)各種新產(chǎn)品的重要手段含长，據(jù)此構(gòu)成了反求工程的主要思想。

　　相對(duì)于傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程即所謂的正向工程而提出的伏穆。正向工 程是泛指按常規(guī)的從概念設(shè)計(jì)到具體模型再到成品的生產(chǎn)制造過(guò)程拘泞。而反求工程是從現(xiàn)有的模型(產(chǎn)品樣件、實(shí)物模型等)經(jīng)過(guò)一定的手段轉(zhuǎn)化為概念和工程設(shè)計(jì)模型枕扫，如利用三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)學(xué)模型重構(gòu)陪腌，或者直接將這些離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成NC程序進(jìn)行數(shù)控加工而獲取成品的過(guò)程。

　　2 反求工程的系統(tǒng)及其過(guò)程

　　2.1 反求工程的系統(tǒng)組成

　　反求工程首先必須使用精密的測(cè)量系統(tǒng)將樣品輪廓三維尺寸快速測(cè)量出來(lái)燥颠，然后再以取得的各點(diǎn)數(shù)據(jù)做曲面處理及加工成型叼稍。故建立一套完整的反求工程系統(tǒng)，需要有下列配備：

　　(1)測(cè)量探頭

　　有接觸式(觸發(fā)探頭睛赁、掃描探頭)和非接觸式(激光位移探頭闻荠、激光干涉儀探頭、線結(jié)構(gòu)光及CCD掃描探頭稼乃、面結(jié)構(gòu)光及CCD掃描探頭)兩種输奢。

　　(2)測(cè)量機(jī)

　　有三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、多軸專用機(jī)之仍、多軸關(guān)節(jié)機(jī)械臂及激光追蹤站等。

　　(3)點(diǎn)群數(shù)據(jù)處理軟件

　　進(jìn)行噪聲濾除古告、細(xì)線化楔答、曲線建構(gòu)、曲面建構(gòu)圣界、曲面修改更假、內(nèi)插值補(bǔ)點(diǎn)等。

　　(4)CAD/CAM軟件

　　一般PC級(jí)或工作站級(jí)CAD/CAM贷币。

　　(5)CNC工具機(jī)

　　執(zhí)行原型制作或模具制作击胜。

　　2.2 反求工程中的技術(shù)難題

　　要執(zhí)行反求工程項(xiàng)目，需要對(duì)產(chǎn)品的特征和制作流程有充分地了解役纹。許多產(chǎn)品是自由曲面組成偶摔，對(duì)模型上的凹槽、開(kāi)口或其他特征須做精確的辨識(shí)促脉，以完成模型的建構(gòu)辰斋。如何將各點(diǎn)的數(shù)據(jù)正確無(wú)誤的處理建構(gòu)出有用的曲線、曲面瘸味，需要有經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師宫仗。此外够挂，反求工程技術(shù)還包括測(cè)量技術(shù)上的難題。

　　逆向工程技術(shù)及應(yīng)用涉及到下列問(wèn)題：

　　(1)要準(zhǔn)確及快速地將工件數(shù)據(jù)取得：

　　(2)要確實(shí)將數(shù)據(jù)建構(gòu)成曲面及應(yīng)用外形藕夫；

　　(3)要與各種CAD/CAM及CAE結(jié)合孽糖；

　　(4)要節(jié)省產(chǎn)品制造成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力毅贮。

　　2.3 反求工程的過(guò)程

　　反求工程過(guò)程一般分為5個(gè)階段：

　　(1)零件原型的數(shù)字化办悟，通常采用三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)CMM(Coordinate Measuring Machine)或激光掃描等測(cè)量裝置來(lái)獲取零件原型表面的三維坐標(biāo)值。

　　(2)從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取零件原型的幾何特征撰类，按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割驱请，采用幾何特征匹配與識(shí)別的方法來(lái)獲取零件原型所具有的設(shè)計(jì)與加工特征。

　　(3)原型CAD模型的重建拼建，將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合墓永，并通過(guò)個(gè)表面的求交與拼接獲取零件原型表面CAD模型。

　　(4)重建CAD模型的檢驗(yàn)與修正辜尝，采用根據(jù)獲取的CAD模型重新測(cè)量和加工出樣品的方法來(lái)檢驗(yàn)重建CAD模型是否滿足精度或其它試驗(yàn)性能指標(biāo)的要求毫蚁，對(duì)不滿足要求的重復(fù)以上過(guò)程，直至達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求雳址。

　　(5)在建立模具全數(shù)字化三維模型的基礎(chǔ)上析深，實(shí)現(xiàn)模具型腔的數(shù)控加工。

　　3 基于CAD/CAM/DNC下的反求工程

　　采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手段敌痘，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及CAD /CAM技術(shù)的支持下咨锐，可建立基于反求工程的模具CAD/CAM/DNC集成化環(huán)境，在建立模具全數(shù)字化三維的基礎(chǔ)上钢婆，可以快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)系馁。

　　3.1 環(huán)境配置

　　硬件環(huán)境由3o臺(tái)NT工作站，3臺(tái)數(shù)控加工中心窟扑，1臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)組成模具設(shè)計(jì)與數(shù)控加工環(huán)境局域網(wǎng)喇颁。利用NT工作站對(duì)模具進(jìn)行三維實(shí)體(曲面)造型、模具裝配模擬檢查嚎货、實(shí)體加工仿真模擬橘霎、數(shù)控加工到位文件生成和NC后處理。3臺(tái)CAM工作站用于對(duì)加工中心和數(shù)控機(jī)床的控制殖属，以計(jì)算機(jī)直接數(shù)控(DNC)的方式控制機(jī)床的在線加工姐叁。

　　支撐軟件采用美國(guó)PI'C公司的Pro/E2001，利用Pro/E2001強(qiáng)大的造型功能忱辅，準(zhǔn)確完整地表達(dá)和描述模具的復(fù)雜曲面和實(shí)體模型七蜘，然后進(jìn)行加工切削仿真，檢查加工中的過(guò)切現(xiàn)象和加工刀位的合理性墙懂，從而取代實(shí)際試切橡卤，降低成本扮念，節(jié)約加工工時(shí)。

　　3.2 應(yīng)用過(guò)程

　　在模具CAD/CAM/DNC一體化集成環(huán)境的支持下碧库，進(jìn)行復(fù)雜模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與數(shù)控加工(CAD/CAM/DNC)的基本過(guò)程如下：

　　(1)根據(jù)加工模具的結(jié)構(gòu)形狀及設(shè)計(jì)要求柜与，利用Pm/E軟件的三維造型(實(shí)體和曲面)設(shè)計(jì)建立完整、準(zhǔn)確的模具三維實(shí)體(曲面)模型乞哀。

　　(2)在模具三維主摸型的基礎(chǔ)上谤变，利用Pm/E軟件的加工模塊擬定模具加工工藝(粗、精加工)趣情，選擇相應(yīng)的加工參數(shù)及有關(guān)選向适系。

　　(3)生成模具數(shù)控加工的刀位文件。

　　(4)利用Pm/E軟件進(jìn)行數(shù)控加工的實(shí)體加工仿真模擬纺辟，檢查刀位文件的合理性及有效性高骑，以代替實(shí)際試切過(guò)程。

　　(5)根據(jù)具體加工機(jī)床進(jìn)行刀位文件的后處理脾仁，生成該機(jī)床的數(shù)控加工指令(加工代碼)辈殃。

　　(6)將模具的數(shù)控加工代碼，采用DNC方式秕栓，控制數(shù)控機(jī)床(加工中心)的在線加工债案。

　　4 實(shí)例

　　由于汽車覆蓋件大都是空間結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜邢入，從而決定了在沖壓成形中的變形復(fù)雜性截型、變形規(guī)律不易掌握、出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題也比較多儒溉。模具設(shè)計(jì)中不能向軸對(duì)稱零件那樣可以較容易地計(jì)算出主要工藝參數(shù)菠劝，模具參數(shù)等· 。但是由于汽車覆蓋件多數(shù)是一次拉深成形的睁搭，利用反求工程可以解決模具設(shè)計(jì)中的一系列的問(wèn)題。下面以汽車覆蓋件的模具設(shè)計(jì)為例笼平，描述基于反求工程的模具CAD/CAM/DNC的一體化過(guò)程园骆。

　　4.1 數(shù)據(jù)的測(cè)量與CAD造型

　　在模型表面數(shù)字化中，采用以3DFAMILY公司生產(chǎn)的LSH600激光掃描測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量寓调。采集模型表面或特征線的坐標(biāo)值锌唾，把采集的數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)中 根據(jù)模型制造的需要，對(duì)測(cè)得模型進(jìn)行噪聲處理夺英，多視圖拼合晌涕，比例縮放、鏡像痛悯、旋轉(zhuǎn)余黎、平移等處理弛镣，基于最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)的光順，壓縮不必要的數(shù)據(jù)點(diǎn)一以減少后期計(jì)算量 才擒。將處理后的3D點(diǎn)數(shù)據(jù)以QI TECH格式輸出钩裆。為了滿足Pro/E的數(shù)據(jù)格式，必須在文件開(kāi)頭加入Open arelength善瞧、Begin section以及每開(kāi)始處加入Begin curve图盖，生成Pro/E能夠識(shí)別的.-hl數(shù)據(jù)格式。

　　Pro/e軟件的Scantool模塊有線的控制點(diǎn)移動(dòng)(control y)蓬肢、擬合(composite)企著、斷裂(split)、組合(merge)魂中、投影(projected)等功能冒溜，可去除特征曲線的壞點(diǎn)，并對(duì)特征曲線進(jìn)行光順處理柄立，從而可以保證曲面的光順性承跟。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　基于反求工程技術(shù).在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和CAD/CAM集成技術(shù)的支持下，建立模具CAD/CAM/DNC集成化環(huán)境绊寻，不但縮短了模具的設(shè)計(jì)制造周期花墩，而且大大地降低了模具的生產(chǎn)成本，保證了模具的加工質(zhì)量澄步，提高了數(shù)控設(shè)備利用率冰蘑，實(shí)現(xiàn)了模具的快速制造。同時(shí)為進(jìn)一步實(shí)施分散化網(wǎng)絡(luò)制造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)村缸。

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