基于实物原形的逆向工程技术应用研究

渔夫

胡国军 钱荣芳 冯方 蒋伟江
(绍兴文理学院，绍兴312000)

$ H2 \* M( s* K/ N7 U【摘要】介绍了逆向工程的基本概念及其体系结构。论述了Pro/E软件系统在逆向工程设计中的应用，重点讨论了模型的建立，分析了基于逆向工程的零件制造技术，并举例说明了逆向工程的应用。
【关键词】实物原形;逆向工程ro/E
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. L5 L; r8 l: Q- R7 a/ v    逆向工程技术是近几年迅速发展起来的一门新兴学科，也称反求工程。它包括形状反求、工艺反求和材料反求。但目前逆向工程技术研究较多的是基于零件实物样件的几何模型的反求，即从已有的物理模型或实物零件产生相应的CAD模型的过程。在此之前，机械行业已经有仿形制造技术，逆向工程技术与传统意义上的仿形制造不同。逆向工程一方面可为仿形设计、制造、质量分析提供充足的信息，另一方面为充分利用先进的CAD/CAM技术对已有的零件进行再创新工程服务。也就是说，逆向工程并不仅仅满足于复制出和原形一模一样的零件，而是希望在原零件的基础上开发新产品。因此，逆向工程技术在引进、消化、吸收国内外先进技术和开发新产品方面具有重要的现实意义。
1 逆向工程及其实现过程
    逆向工程常用于仿制过程。即必须对实物进行三维数字化处理，数字化手段包括传统测绘和各种先进的测量力一法，将获得的三维离散数据作为初始素材，借助专用的曲面处理软件和CAD/CAM系统构造实物的CAD模型，输出NC加工指令或用STL文件驱动快速成型机制造出产品或原型，其工艺流程如图1所示。其中实线部分是本文讨论的逆向工程的技术流程，虚线部分为逆向工程的另一条技术路线。
% z! p0 \! X$ z0 l% _- l    图1中三维数据测量、数据处理、三维重构是逆向工程的三大关键技术;
    (1)何测量:通过合适的测量力一法来获得产品的三维形状;
    (2)数据处理:处理所获得的三维数据，从而符合后续操作的要求;
    (3) CAD建模:建立一个完整的CAD模型，从而能够借以描述产品的全部相关信息。
    这里以日本生产的电脑手套机零件的逆向工程设计为例，进行说明。

& G" ?5 u4 G4 k; j2 三维数据的采集
    数据的采集是指采用某种测量力一法和设备测出实物各表面的若干组点的几何坐标。是逆向工程中必须和关键的操作，可以有多种方式进行数据采集。在表面数字化技术中，根据测量方式的不同可以将数据采集方法分为接触式和非接触式两大类。传统方法就是以三坐标测量机(CMM)为代表的接触式，也是实际工程中常用的方式，精度相对精解，但易于损伤测头和划伤被测零件的表面。本次测量采用了青岛前哨的三坐标测量机进行数据采集，并将其数据分曲线以ACT数据格式保存。
具体步骤如下:
2 J: F; x1 H1 [# e. s(1)手动测量曲线，测量若干点，如20个点;
( J; X0 d$ @1 R" Q* I6 W, X(2)均分曲线，将其分成更紧密的点，如100个点;
(3)输出测量程序，进行程序测量;
" A! ^' i/ f, b: {4 h8 N(4)输出ACT数据格式。
0 K' t4 m- ^* P3 用EZ-ISIS对轮廓线进行处理
    EZISIS曲线曲面分析软件)是一个用于评定未知自由曲面截面的检测数据及其他无规则几何特征的软件包。CMM系统帮助进行自动检测过程，减少手动检测误差，并为逆向工程提供精确数据(资料)。EZISIS的使用包括几何特征计算，设计部分与实际部分的比较，测头补偿。EZISIS作为一种分析工具应用于青岛前哨英柯发CMM，也可用于其他测量机检测系统。
) w  a; l; z5 N    该软件界面如下图2所示:
    这里使用DZ-ISIS的主要目的是把由DMIS输出的ACT格式文件转化为IGES格式，以便以后用Pro/E进行处理。步骤如下:
+ ]0 r$ m" Q/ D6 c; F; f0 y2 D3 n
    (1)导入ACT格式文件；
! G0 u1 ]& o. w% ~1 [8 e    (2)把圆孤线打上100个等分点(因为要以点阵的形式输入到Pro/E进行处理)；
    (3)选取导向按钮，保存为IOES格式。
4 用Pro/E进行反求建模
+ _  S7 b* D, j; J8 n2 Q, J3 e5 s    Pro/E有很多功能强大的模块，比如零件建模模块，工程图模块，数控加工模块等等，这里我们使用零件建模模块进行反求建模。
1 s+ [! l5 D3 W1 b  ^: d# p; p    (1)新建按钮，选择零件(part)，建立一个公制实体模板。
    (2)点插入菜单—数据来自文件，导入前面生成零件轮廓线的JGES文件。
    (3)选择按钮，在菜单管理器中选择“经过点”然后以样条曲线的方式逐一选取100个离散的点，最后得到封闭的曲线。
$ ~* N* B7 \+ ^2 W, c    (4)在菜单管理器中选择创建—实体—加材料—拉伸—单测—完成。
    (5)在设置草绘平面中选取FRONT面作为草绘平面。
  O8 ?* i6 l* Y$ ^" b3 c4 _% T    (6)设置完成后将出现草绘界面。
/ h' A' d, u5 S! ~+ v+ O    (7)选择“从边创建图元”按钮，选择环路，在视图中选取国弧线，此时圆弧线呈高亮状态。
    (8)选择按钮，然后在菜单管理器中选择盲孔。
    (9)在出现的“输入深度”文本框内输入前面用螺旋测微器测量出来的零件的厚度“9"，然后回车。在拉伸窗体内点“完成”，同理完成其它形状的建模，便得到图3:

　　　　模型制作完成后，可以通过Pro/E的工程图模块功能出图;另一力一面也可以直接进入数控加工模块进行加工设置，生成NC程序。
) c* t, K+ `6 P- N" G5 数控加工
' Q7 `  N) f5 e) K8 H  f    建立新的Pro/NC文件(创建新的Pro/NC制造模型)，在NEW菜单下选择NC组件选项按纽。在菜单管理器中选择制造模型选项、选择装配中的参考模型项、打开建模的模型。选择制造设置，设置各种参数设置，其中包括机床、刀具、夹具、参照、退刀等的设置。接下来就可以进行加工设置了，选择加工中的NC序列，在其中的加工中选择轮廓选项、接着进行序列设置，包括刀具的选择、曲线的选择、参数的设置等。进行加工过程的动画演示(如图4所示)。判断加工的合理性，并作适当的修正。对于其他各部分(槽、圆孔)的加工可以按照上面的力一法进行操作。
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. c, U9 d  w& Z7 Z! C　　等确定各加工过程准确无误后就可以进行程序的输出了。在菜单管理器中选择CL数据选项、选择输出-轨迹-文件、选中CL文件和MCD文件选项则NC加工程序的输出生成完成。
* ~' v" ]0 W: o, v1 @" h: R　　接下来就可以通过网络传输把生成的NC加工程序直接传输加工中心进行加工生产。
# l* B/ u: c0 x/ ^) I6 b6 结束语
　　这里所提出的逆向工程系统具体实施方案，充分利用高校现有的CAD系统资源与加工设备进行现代化的仿形设计、制造，作为一项新技术在产品设计开发和制造力一面，能大大地缩短设计开发周期，这一技术在产品快速设计开发和复杂型面数控加工方面具有重大的意义。