一、前言

近年來隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和相關(guān)CAD/CAM軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，對機(jī)械制造行業(yè)中的測量與設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)生了巨大的推動作用，產(chǎn)品的競爭使得“逆向工程”(Reverse Engineering)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生目前這種技術(shù)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工制造中得到了廣泛的應(yīng)用逆向工程可以將其概括為：在沒有設(shè)計(jì)圖紙或者設(shè)計(jì)圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下,在對零件原形進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖紙或CAD模型,并以此CAD模型為依據(jù)生成數(shù)控加工的NC代碼,加工復(fù)制出一個(gè)相同的零件。逆向思維是逆向工程應(yīng)用中不可缺少的思維方式法，在對產(chǎn)品進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)時(shí)可用如下流程描述其操作步驟：

實(shí)物+工件分析+測量+建立CAD模型+優(yōu)化+工程圖或NC加工程序=新產(chǎn)品

逆向工程不能將其簡單的理解為對原產(chǎn)品的“克隆”，而是在原有產(chǎn)品的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的升級與再創(chuàng)新，由于加工制造誤差的存在，不能單一的追求尺寸的一致性；應(yīng)對測量得到的數(shù)字進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化處理。此外，尤為重要的是應(yīng)運(yùn)用逆向思維對工件進(jìn)行全面的分析，包括工件的應(yīng)用場合、裝配關(guān)系、精度要求、工件材料、外形結(jié)構(gòu)、加工手段及成型方法，這些將為接下來的測量與建模的可行性及科學(xué)性奠定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員的加工制造經(jīng)驗(yàn)和對建模軟件應(yīng)用的熟練成度決定了原產(chǎn)品上被測要素的位置與數(shù)量，以逆向思維的結(jié)論為指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)際測量，接下來的工作就是應(yīng)用測量數(shù)據(jù)進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，以期達(dá)到反求原產(chǎn)品創(chuàng)造新產(chǎn)品的目的。下面以對三線螺旋工件的反求為例闡明逆向工程的思維方式、操作過程及數(shù)據(jù)處理方法。

二、問題的提出與分析

三線螺旋工件，要求測出其各項(xiàng)幾何參數(shù)并生成工程圖，此工件用于螺旋送料機(jī)構(gòu)，無嚴(yán)格配合表面，材料為不銹鋼，從工作狀態(tài)考慮，在轉(zhuǎn)速一定的情況下，螺旋的螺距（或?qū)С蹋┯寐菁y的法向截面尺寸是影響送料多少主要參數(shù)，是反求的重點(diǎn)。接下來要解決的便是如何精確獲取這些參數(shù)建，立工件的幾何模型。運(yùn)用逆向思維依照加工制造與建模的經(jīng)驗(yàn)將工件成型過程逆推出來，如圖1所示。將這一逆推出來的過程倒過來看，就是正向設(shè)計(jì)的過程，即由毛坯到成品實(shí)際加工過程，也是建模順序的依據(jù)。工件下部的階梯軸與錐面的參數(shù)較易獲得，但在第4步加工螺旋時(shí)用到的了螺距與成型車刀刀尖形狀與刀具方位幾個(gè)參數(shù)是不易獲取的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，經(jīng)分析螺距可以用三坐標(biāo)測量機(jī)直接測得，而刀尖形狀參數(shù)和刀具方位只能通過將三坐標(biāo)測量機(jī)測得的正交面數(shù)據(jù)傳入U(xiǎn)G軟件，進(jìn)行投影變換，用三維圖形求解的方式進(jìn)行處理，將處理的結(jié)果用于造型設(shè)計(jì)。經(jīng)過上述的工件分析，已經(jīng)確定了需要進(jìn)行測量的數(shù)據(jù)，下面將簡述數(shù)據(jù)測量的過程。

圖1

三、數(shù)據(jù)測量過程簡述

將工件固定在工作臺上，校對測量頭，設(shè)定測量角度，以“三、二、一”的方式建立工件的測量坐標(biāo)系，在通過工件軸線的豎直正交平面內(nèi)測出工件的螺距點(diǎn),同時(shí)也在該平面內(nèi)測出螺旋溝槽的截面形狀數(shù)據(jù)點(diǎn)，重要的是還要測出能夠定位螺旋溝槽的截面形狀數(shù)據(jù)點(diǎn)，以便在進(jìn)行三維建模求解時(shí)作為螺旋溝槽截面放置的參考依據(jù)。具體測量過程不在累述，測得的數(shù)據(jù)如圖2形所示。利用測得的數(shù)據(jù)，可以得到想要的三維造型參數(shù)，要在UG軟件中使用這些測量得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)。需將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，在三坐標(biāo)測機(jī)中轉(zhuǎn)存為中繼檔文件，此處使用IGES格式。將測量得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)文件導(dǎo)出，并轉(zhuǎn)存至建模計(jì)算機(jī)中進(jìn)行三維建模處理，下面將簡述利用三坐標(biāo)測量機(jī)測得的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息進(jìn)行數(shù)字建模的過程。

圖2

四、數(shù)字建模過程簡述

啟動UG軟件，新建一公制單位文件，將利用三坐標(biāo)測量機(jī)測得的中繼檔文件轉(zhuǎn)入，依據(jù)測得的數(shù)據(jù)建工件毛坯。利用螺距數(shù)據(jù)點(diǎn)建立螺旋線，本工件為三線螺旋，故導(dǎo)程f=3p(p為螺距即圖2中所示的螺距數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離。利用Transform命令結(jié)合螺旋溝槽截面形狀定位數(shù)據(jù)點(diǎn)將圖2所示數(shù)據(jù)點(diǎn)移動到通過三線螺旋軸線的平面上的適當(dāng)位置，并利用圖2中所示的螺旋溝槽截面形狀數(shù)據(jù)點(diǎn)建立螺旋溝槽截面線。為實(shí)現(xiàn)三線螺旋工件的反求，先要得到與螺旋線上相應(yīng)點(diǎn)的切向方向相正交的螺旋溝槽截面形狀線，以得到進(jìn)行螺旋掃描時(shí)所需的截面，為此將圖2所示測量平面的螺旋溝槽截面線進(jìn)行三維投影變換，在與螺旋線上選定點(diǎn)的切向方向正交的平面上得到想要的螺旋掃描截面，如圖所示，至此關(guān)鍵性的問題已經(jīng)解決。利用Swept命令建立掃描體，以圖2中的螺旋線為導(dǎo)引線，以正交平面截面線為掃描截面線，得到加工圓柱體所用的空間刀具工具體將工具體，與圓柱體進(jìn)布爾減運(yùn)算，就可以得到第一個(gè)螺旋溝槽，再運(yùn)用Transform命令與Subtract得到另外兩個(gè)螺旋溝槽，最后添加三線螺旋工件的其它一些修飾特征完成三維建模。轉(zhuǎn)入U(xiǎn)G軟件的工程圖模塊將三維模型轉(zhuǎn)換為二維工程圖，用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，全面完成該三線螺旋工件的反求。

五、結(jié)論

本文通過對三線螺旋工件的反求，探討了對復(fù)雜工件進(jìn)行反求時(shí)的逆向思維方式，即如何根據(jù)加工制造與三維建模經(jīng)驗(yàn)?zāi)嫦蛲茖?dǎo)出反求工件所需的建模數(shù)據(jù)與測量要素，并簡述了使用三坐標(biāo)測量機(jī)對工件特征數(shù)據(jù)點(diǎn)的進(jìn)行測量，獲得創(chuàng)建三維模型產(chǎn)品所需的數(shù)據(jù)利用UG軟件進(jìn)行三維逆向建模的過程。實(shí)踐證明，運(yùn)用逆向思維，利用三坐標(biāo)測量機(jī)先進(jìn)的測量功能和UG軟件強(qiáng)大的建模功能，可以充分發(fā)揮出逆向工程的潛力，大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造周期，更加有效地提高產(chǎn)品的市場競爭能力。