趙 剛

(運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000)

1 逆向工程概述

逆向工程(也稱反向工程或反求工程)是在沒有零件圖紙或零件圖紙不完整以及沒有CAD數(shù)據(jù)模型的情況下按照現(xiàn)有的實(shí)物模型[1]，使用數(shù)字化掃描儀可靠、準(zhǔn)確和快速地掃描出模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并利用Geomagic Wrap 2015等逆向工程軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，完成點(diǎn)云三角面片的轉(zhuǎn)化；在此基礎(chǔ)上使用Geomagic Design X等軟件進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模型和樣品的“創(chuàng)新”，并完成實(shí)體建模；然后通過(guò)UG等軟件，分析模型加工工藝，選擇合理的加工方法和切削參數(shù)，生成刀具軌跡、NC加工代碼并完成模型加工。

本文針對(duì)現(xiàn)有安全錘的模型和樣品，采用逆向工程技術(shù)，完成安全錘的設(shè)計(jì)與數(shù)控加工。

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

安全錘點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取是利用Win3DD單目三維掃描儀設(shè)備，使用非接觸式測(cè)量方法獲取。

(1) 由于安全錘模型屬于高反光工件，在掃描過(guò)程中不利于數(shù)據(jù)點(diǎn)的獲取，因此在掃描之前需要噴顯影劑來(lái)改善安全錘的掃描特性。

(2) 為了得到更好的三維模型數(shù)據(jù)，確保掃描策略的順利實(shí)施，標(biāo)志點(diǎn)的粘貼至關(guān)重要。

(3) 確定掃描方式，因安全錘屬?gòu)?fù)雜曲面零件，特征明顯，所以選擇“拼接掃描”方式。

(4) 準(zhǔn)備工作就緒后進(jìn)行安全錘掃描工作，將準(zhǔn)備好的安全錘放置在3D掃描儀旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上掃描公共點(diǎn)得到一部分?jǐn)?shù)據(jù)，再利用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的另一面，依據(jù)公共點(diǎn)掃描得到安全錘缺失部分?jǐn)?shù)據(jù)，查看掃描數(shù)據(jù)是否完整。

(5) 將數(shù)據(jù)保存為點(diǎn)云txt格式或asc格式(如圖1所示)，之后導(dǎo)入到Geomagic Wrap 2015等逆向工程軟件中進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理。

3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)優(yōu)化處理

啟動(dòng)Geomagic Wrap 2015軟件，選擇菜單【文件】→【導(dǎo)入】命令或單擊工具欄上的“導(dǎo)入”圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出“導(dǎo)入文件”對(duì)話框，查找安全錘數(shù)據(jù)文件并選中“anquancui.asc”文件，然后點(diǎn)擊【打開】按鈕，在工作區(qū)顯示載體。在該軟件中依次完成主要的操作指令：

(1) 【著色點(diǎn)】：為了更加清晰、方便地觀察點(diǎn)云的形狀，將點(diǎn)云進(jìn)行著色；

(2) 【設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心】：為了更加方便地觀察點(diǎn)云對(duì)其放大、縮小或旋轉(zhuǎn)；

(3) 【斷開組件連接】：設(shè)置相關(guān)參數(shù)，刪除多余的點(diǎn)云；

(4) 【體外孤點(diǎn)】：設(shè)置“敏感值”為100，刪除所選中的點(diǎn)云；

(5) 【減少噪音】：設(shè)置相關(guān)參數(shù)減少噪聲操作；

(6) 【封裝數(shù)據(jù)】：該命令將圍繞點(diǎn)云進(jìn)行封裝計(jì)算，使點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形模型；

(7) 【孔填充】：點(diǎn)云處理完成，將優(yōu)化處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)保存為stl三角面片格式文件，如圖2所示。

圖1 安全錘點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖

4 安全錘逆向建模

使用Geomagic Design X軟件進(jìn)行安全錘逆向建模，啟動(dòng)Geomagic Design X軟件，選擇菜單【插入】→【導(dǎo)入】，導(dǎo)入已處理好的安全錘stl三角面片格式數(shù)據(jù)[2]；在建模過(guò)程中根據(jù)先主體后局部的原則分析安全錘零件結(jié)構(gòu)，制定安全錘逆向建模步驟；點(diǎn)擊領(lǐng)域組命令，選擇手動(dòng)劃分領(lǐng)域組，根據(jù)安全錘曲面結(jié)構(gòu)完成領(lǐng)域組劃分；領(lǐng)域組劃分完成后，根據(jù)右手笛卡爾直角坐標(biāo)系的原則，修改對(duì)齊安全錘的工件坐標(biāo)系?；A(chǔ)工作完成后，首先使用面片草圖、回轉(zhuǎn)指令完成安全錘錘頭實(shí)體建模；其次使用面片擬合、曲面裁剪、曲面縫合等指令完成安全錘錘柄實(shí)體建模；再次使用3D草圖、曲面放樣等指令完成安全錘過(guò)渡曲面實(shí)體建模；最后使用倒角和圓角等基礎(chǔ)命令優(yōu)化修改安全錘局部形狀，將完成的安全錘實(shí)體模型另存為igs或stp格式文件，如圖3所示。

圖2 安全錘面片圖

5 利用UG 10.0軟件完成數(shù)控加工

5.1 工藝分析

將DX軟件處理好的安全錘導(dǎo)入到UG 10.0軟件中，分析零件模型，創(chuàng)建160 mm×80 mm×20 mm毛坯及工藝加強(qiáng)筋板如圖4所示。該零件毛坯為硬鋁，零件為復(fù)雜曲面類零件，需正、反面加工。按照加工工藝路線的安排，對(duì)正反面均進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。

圖3 安全錘實(shí)體模型 圖4 毛坯及工藝加強(qiáng)筋板模型圖

5.2 確定工件坐標(biāo)系及刀具選擇

為了方便編程基準(zhǔn)和對(duì)刀基準(zhǔn)重合，設(shè)置坐標(biāo)系為毛坯左下角上表面，其裝夾形式以底面和兩側(cè)面為裝夾定位基準(zhǔn)，利用精密機(jī)用虎鉗定位夾緊工件并保證工件露出15 mm的高度。

根據(jù)機(jī)床的剛性、毛坯材料、零件結(jié)構(gòu)和切削用量等創(chuàng)建刀具。在導(dǎo)航條按下【創(chuàng)建刀具】按鈕，分別創(chuàng)建D6立銑刀和R3球頭銑刀。

5.3 粗加工

型腔銑開粗，刀具選用D6四刃立銑刀，切削方式采用“跟隨部件”，每次切削深度為1.2 mm，切削模式為“逆銑，深度優(yōu)先，向外”，留0.2 mm加工余量。設(shè)置進(jìn)給率和速度參數(shù)，主軸轉(zhuǎn)速為3 800 r/min，進(jìn)給速度為800 mm/min，快速定位速度為5 000 mm/min。設(shè)置其他相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊生成軌跡。

5.4 半精加工

半精加工刀具選用D6四刃立銑刀，切削方式為“輪廓”，每次切削深度為6 mm，切削模式為“順銑，深度優(yōu)先”，加工余量為零。設(shè)置進(jìn)給率和速度參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速為3 800 r/min，進(jìn)給速度為600 mm/min，快速定位速度為5 000 mm/min。設(shè)置其他相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊生成軌跡。

5.5 精加工

固定輪廓銑精加工，刀具選用R3球頭銑刀，驅(qū)動(dòng)方式為“區(qū)域銑削”，切削模式為“跟隨周邊，向內(nèi)，順銑，步距恒定為0.25 mm”。設(shè)置進(jìn)給率和速度參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速為4 600 r/min，進(jìn)給速度為800 mm/min，快速定位速度為5 000 mm/min。設(shè)置其他相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊生成軌跡。

5.6 后處理

后置處理與實(shí)際使用的機(jī)床相符合。點(diǎn)擊【工序?qū)Ш狡鳌俊叭∫焉傻牡毒哕壽E→后置處理生產(chǎn)G代碼，選擇機(jī)床型號(hào)，修改相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊確定鍵，生成TXT格式的G代碼加工程序[3]。將程序利用計(jì)算機(jī)或U盤傳送到數(shù)控機(jī)床，使用數(shù)控設(shè)備完成安全錘的加工任務(wù)，產(chǎn)品效果圖如圖5所示。

圖5 安全錘產(chǎn)品圖

6 結(jié)語(yǔ)

基于逆向工程與數(shù)控加工技術(shù)對(duì)安全錘進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，闡述了安全錘的總體工藝流程。介紹了三維掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三維模型重建、CAD/CAM的完整過(guò)程，最終完成了安全錘模型加工。文章對(duì)逆向工程關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)控加工路徑等環(huán)節(jié)進(jìn)行了歸納，為復(fù)雜零件加工提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，具有一定的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李粉霞，楊潔明.基于逆向工程的復(fù)雜曲面數(shù)控加工[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2008(3)：65-66.

[2] 楊曉雪，閆學(xué)文.Geomagic Design X三維建模案例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3] 詹友剛.UG NX 10.0數(shù)控編程教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.