1 引言

　　隨著計算機輔助幾何設計的理論和技術(shù)的發(fā)展跺讯，以及CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)的開發(fā)和商業(yè)化漩绵，產(chǎn)品實物或模型首先通過掃描以及各種先進的數(shù)據(jù)處理手段獲得產(chǎn)品的幾何信息，然后充分利用CAD/CAM技術(shù)快速魏身、準確地建立產(chǎn)品的數(shù)學集合模型惊橱，經(jīng)過適當?shù)墓こ谭治龊虲AM編程，就可數(shù)控加工出產(chǎn)品模型箭昵，最后制成產(chǎn)品税朴，實現(xiàn)從產(chǎn)品(樣件)——再設計——產(chǎn)品(批量)的制造過程。這種實物測量反求技術(shù)廣泛應用于產(chǎn)品改型家制，模具設計等生產(chǎn)活動中正林；特別是對于具有復雜曲面外形的產(chǎn)品，如汽車裕消、摩托車的復雜外形桃铛，也是消化、吸收先進技術(shù)進而改造和開發(fā)各種新產(chǎn)品的重要手段顶怠，據(jù)此構(gòu)成了反求工程的主要思想假磺。

　　相對于傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計流程即所謂的正向工程而提出的。正向工 程是泛指按常規(guī)的從概念設計到具體模型再到成品的生產(chǎn)制造過程腻学。而反求工程是從現(xiàn)有的模型(產(chǎn)品樣件努扶、實物模型等)經(jīng)過一定的手段轉(zhuǎn)化為概念和工程設計模型，如利用三維坐標測量機的測量數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行數(shù)學模型重構(gòu)喳牌，或者直接將這些離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成NC程序進行數(shù)控加工而獲取成品的過程肪禾。

　　2 反求工程的系統(tǒng)及其過程

　　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量系統(tǒng)將樣品輪廓三維尺寸快速測量出來贪焊，然后再以取得的各點數(shù)據(jù)做曲面處理及加工成型玲院。故建立一套完整的反求工程系統(tǒng)，需要有下列配備：

　　(1)測量探頭

　　有接觸式(觸發(fā)探頭惦肴、掃描探頭)和非接觸式(激光位移探頭淡早、激光干涉儀探頭、線結(jié)構(gòu)光及CCD掃描探頭耳标、面結(jié)構(gòu)光及CCD掃描探頭)兩種醇坝。

　　(2)測量機

　　有三維坐標測量機、多軸專用機次坡、多軸關(guān)節(jié)機械臂及激光追蹤站等呼猪。

　　(3)點群數(shù)據(jù)處理軟件

　　進行噪聲濾除、細線化砸琅、曲線建構(gòu)宋距、曲面建構(gòu)轴踱、曲面修改、內(nèi)插值補點等谚赎。

　　(4)CAD/CAM軟件

　　一般PC級或工作站級CAD/CAM淫僻。

　　(5)CNC工具機

　　執(zhí)行原型制作或模具制作。

　　2.2 反求工程中的技術(shù)難題

　　要執(zhí)行反求工程項目壶唤，需要對產(chǎn)品的特征和制作流程有充分地了解雳灵。許多產(chǎn)品是自由曲面組成，對模型上的凹槽闸盔、開口或其他特征須做精確的辨識悯辙，以完成模型的建構(gòu)。如何將各點的數(shù)據(jù)正確無誤的處理建構(gòu)出有用的曲線满页、曲面认施，需要有經(jīng)驗豐富的工程師。此外裤困，反求工程技術(shù)還包括測量技術(shù)上的難題多蜕。

　　逆向工程技術(shù)及應用涉及到下列問題：

　　(1)要準確及快速地將工件數(shù)據(jù)取得：

　　(2)要確實將數(shù)據(jù)建構(gòu)成曲面及應用外形；

　　(3)要與各種CAD/CAM及CAE結(jié)合巡雄；

　　(4)要節(jié)省產(chǎn)品制造成本嘀回，提高產(chǎn)品競爭力。

　　2.3 反求工程的過程

　　反求工程過程一般分為5個階段：

　　(1)零件原型的數(shù)字化夹宏，通常采用三維坐標測量機CMM(Coordinate Measuring Machine)或激光掃描等測量裝置來獲取零件原型表面的三維坐標值蜜裸。

　　(2)從測量數(shù)據(jù)中提取零件原型的幾何特征，按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進行分割檩耕，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原型所具有的設計與加工特征沧气。

　　(3)原型CAD模型的重建，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蜒鸣，并通過個表面的求交與拼接獲取零件原型表面CAD模型牍懂。

　　(4)重建CAD模型的檢驗與修正，采用根據(jù)獲取的CAD模型重新測量和加工出樣品的方法來檢驗重建CAD模型是否滿足精度或其它試驗性能指標的要求绸罗，對不滿足要求的重復以上過程意推，直至達到零件的設計要求。

　　(5)在建立模具全數(shù)字化三維模型的基礎上珊蟀，實現(xiàn)模具型腔的數(shù)控加工菊值。

　　3 基于CAD/CAM/DNC下的反求工程

　　采用先進的設計思想和設計手段，在計算機網(wǎng)絡及CAD /CAM技術(shù)的支持下育灸，可建立基于反求工程的模具CAD/CAM/DNC集成化環(huán)境腻窒，在建立模具全數(shù)字化三維的基礎上，可以快速實現(xiàn)產(chǎn)品的再設計。

　　3.1 環(huán)境配置

　　硬件環(huán)境由3o臺NT工作站儿子，3臺數(shù)控加工中心趟薄，1臺三坐標測量機組成模具設計與數(shù)控加工環(huán)境局域網(wǎng)。利用NT工作站對模具進行三維實體(曲面)造型典徊、模具裝配模擬檢查杭煎、實體加工仿真模擬、數(shù)控加工到位文件生成和NC后處理卒落。3臺CAM工作站用于對加工中心和數(shù)控機床的控制枝徙，以計算機直接數(shù)控(DNC)的方式控制機床的在線加工。

　　支撐軟件采用美國PI'C公司的Pro/E2001顺丸，利用Pro/E2001強大的造型功能饺焕，準確完整地表達和描述模具的復雜曲面和實體模型，然后進行加工切削仿真短即，檢查加工中的過切現(xiàn)象和加工刀位的合理性什氮，從而取代實際試切，降低成本宜抓，節(jié)約加工工時舟道。

　　3.2 應用過程

　　在模具CAD/CAM/DNC一體化集成環(huán)境的支持下，進行復雜模具計算機輔助設計與數(shù)控加工(CAD/CAM/DNC)的基本過程如下：

　　(1)根據(jù)加工模具的結(jié)構(gòu)形狀及設計要求矫第，利用Pm/E軟件的三維造型(實體和曲面)設計建立完整遍沟、準確的模具三維實體(曲面)模型。

　　(2)在模具三維主摸型的基礎上浑擎，利用Pm/E軟件的加工模塊擬定模具加工工藝(粗倚务、精加工)，選擇相應的加工參數(shù)及有關(guān)選向沼死。

　　(3)生成模具數(shù)控加工的刀位文件着逐。

　　(4)利用Pm/E軟件進行數(shù)控加工的實體加工仿真模擬，檢查刀位文件的合理性及有效性意蛀，以代替實際試切過程耸别。

　　(5)根據(jù)具體加工機床進行刀位文件的后處理，生成該機床的數(shù)控加工指令(加工代碼)浸间。

　　(6)將模具的數(shù)控加工代碼太雨，采用DNC方式吟榴，控制數(shù)控機床(加工中心)的在線加工魁蒜。

　　4 實例

　　由于汽車覆蓋件大都是空間結(jié)構(gòu)、形狀復雜吩翻，從而決定了在沖壓成形中的變形復雜性兜看、變形規(guī)律不易掌握、出現(xiàn)的質(zhì)量問題也比較多。模具設計中不能向軸對稱零件那樣可以較容易地計算出主要工藝參數(shù)细移，模具參數(shù)等· 搏予。但是由于汽車覆蓋件多數(shù)是一次拉深成形的，利用反求工程可以解決模具設計中的一系列的問題弧轧。下面以汽車覆蓋件的模具設計為例隧渠，描述基于反求工程的模具CAD/CAM/DNC的一體化過程。

　　4.1 數(shù)據(jù)的測量與CAD造型

　　在模型表面數(shù)字化中跃览，采用以3DFAMILY公司生產(chǎn)的LSH600激光掃描測量系統(tǒng)測量元八。采集模型表面或特征線的坐標值，把采集的數(shù)據(jù)存入計算機中 根據(jù)模型制造的需要昧挚，對測得模型進行噪聲處理聪萨，多視圖拼合，比例縮放肢糜、鏡像盘另、旋轉(zhuǎn)、平移等處理秃停，基于最小二乘法進行數(shù)據(jù)的光順巩荧，壓縮不必要的數(shù)據(jù)點一以減少后期計算量 。將處理后的3D點數(shù)據(jù)以QI TECH格式輸出丹伙。為了滿足Pro/E的數(shù)據(jù)格式锄镜，必須在文件開頭加入Open arelength、Begin section以及每開始處加入Begin curve仿吞，生成Pro/E能夠識別的.-hl數(shù)據(jù)格式滑频。

　　Pro/e軟件的Scantool模塊有線的控制點移動(control y)、擬合(composite)唤冈、斷裂(split)峡迷、組合(merge)、投影(projected)等功能你虹，可去除特征曲線的壞點绘搞，并對特征曲線進行光順處理，從而可以保證曲面的光順性傅物。

　　5 結(jié)束語

　　基于反求工程技術(shù).在計算機網(wǎng)絡和CAD/CAM集成技術(shù)的支持下夯辖，建立模具CAD/CAM/DNC集成化環(huán)境，不但縮短了模具的設計制造周期董饰，而且大大地降低了模具的生產(chǎn)成本蒿褂，保證了模具的加工質(zhì)量，提高了數(shù)控設備利用率卒暂，實現(xiàn)了模具的快速制造啄栓。同時為進一步實施分散化網(wǎng)絡制造奠定了堅實的基礎。

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