Cimatron环境下基于NC文件的产品反求

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Cimatron环境下基于NC文件的产品反求　　一、引言
9 _+ D; N6 _# q/ W& `' {　　随着现代设计方法和计算机技术的发展，反求 工程在机械工程领域获得了越来越广泛的应用。反 求工程是以先进产品设备的实物、软件（包括图纸、 程序、技术文件等）或影像（图像、照片等）等作 为研究对象，应用现代设计方法学原理、生产工程 学、材料学和有关专业知识进行系统地分析和研究， 探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进 的产品的系统工程技术。
　　目前，反求工程的应用主要集中在实物反求方 面，即借助一定的测量装置，采用特定的测量方法 对实物或模型进行测量，获取其表面特征点的几何 数据，继面利用这些特征点的几何数据在计算机上 推理重构出实物的CAD模型。在实际应用中，会经 常遇到没有零件实物或零件实物局部损坏，需要基 于程序如零件的数控加工ＮＣ　代码文件进行产品 CAD模型反求的情况。在这种情况下，如何根据零 件的数控加工ＮＣ代码文件快速得到零件的CAD模 型成为一种新的应用需求。本文基于 Cimatron 软 件，利用软件提供的已有功能，讨论了从ＮＣ代码 文件到产品ＣＡＤ模型的反求工程及相关处理方法。
　　二、ＮＣ代码文件组成及预处理
　　ＮＣ代码文件作为控制数控机床加工零件的重要技术文件，主要包括了两个方面的信息：
$ E; `, U! t4 d+ {9 t- T　 1 是数 控机床的控制信息，如刀具的选择和更换等指令、 机床进给速度控制、主轴速度控制、辅助控制等内 容；
　 2 是和零件加工直接相关的刀具运动位置信息 它最终决定了零件产品的形状。因此，第二部分信 息是反求工程最为关心的内容。通常，零件并不是 一次加工就可以完成的，而是要经过粗加工、半精 加工、精加工等过程，精加工决定了零件的最后形 状，其中给出的控制信息直接决定了零件的几何信 息。因此，我们进行零件反求是基于零件的精加工 数控文件进行的。
  V5 P' d/ @; p  M/ Q  ~1 u# L　　通常，一般数控机床的刀具运动有直线、圆弧 条条三种形式，在NC代码文件中分别用G01、G02 和G0３三种指令形式来进行描述，并经直线和圆弧 运动最为常见。我们主要考虑这三种运动形式。为 了提高ＣＡＤ建模精度，在进行反求之前，对ＮＣ 进行必要的预处理，根据相邻运动位置的相对关系， 适当增加数据点，进行人工插补处理。因为只关心 产品外形，和实际加工无关，所以只采用简单的等 间距插补即可，间距可以根据CAD建模的精度交互 给出。
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* C# `* k0 r$ U9 W: y4 ]　　三、Cimatron软件对反求工程的支持
　　Camatron具有强大的实体造型和曲面造型功 能，并且支持混合徒造型，为2D/3D产品CAD设计 提供了详尽的支持。 Cimatron在CAM方面结合了 当今先进的加工技术，实现了智能NC（AND）和 基于知识的加工（KBM），并与毛坯残留知识达到 了完美结合。Cimatron的KBM具有为用户提供优 化的刀迹轨迹和产生更加高效的NC代码的能力。 系统可以直接由立体模型去计算准确安全的刀具路 径。具有由两轴半到五轴的铣订、车床、冲床和线 切割等功能，其多样化的加工方式能得到最佳的加 工结果，并备有强大的刀具路径管理功能，可以通 过实体切削模拟来确认刀具路径的可靠度。
1 u4 e* E! T+ c$ T- H# [, n3 j8 G" g. ~　　Cimatron 从 9.０ 版本提供了反向工程(Ｒe- Enge)模块，利用该模块，可以直接读取现实物体 的几何描述数据，输入Cimatron环境中。从未整理 的数字化文件开始，反向工程能够从点云来生成自 由曲面。强大的工具能把大数目的点云编辑为样条 曲线、网格（Mesh）和曲面（Nurbs），产生光顺的 CAD模型，可用Cimatron的工具包来扩展设计，例 如增加模具的拔模斜度等到，帮助用户快速完成设计 任务。反向工程模块和Cimatron的其他模块是完全 集成的，生成的三 维 曲 线 和 曲 面可以象其他 Cimatron数据库里的实体一样被编辑，并可对曲面 进行NC加工等不同处理，从而可利用最新的ＮＣ技 术成果，得到更为有效的加工文件，提高加工的效 率。
; b$ {: k4 N& H9 E8 t/ u3 i( V　　四、ＮＣ文件产品反求工程的实施
5 W+ r6 J, p: s( U0 \# [. f. ^　　基于ＮＣ代码文件的产品反求主要内容和步骤 如下所述。
　　１.ＮＣ代码文件预处理
* }; F+ T9 O$ }. E1 v& \　　为了提高CAD建模的效率和精度，对ＮＣ清加 工代码文件进行预处理，对其中的Ｇ01、G02和G03 指令进行一定的插补处理后，进行下面的处理过程。</P
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　2.Cimatron的接口处理
　　ReEnge（反向工程）模块能从多种格式文件里 读取数字化测量数据点生成点云，　这些格式包括 ASCII、G代码和CMM等，用户可以根据自己的特 殊需要定制其他的数据格式，只要填写相应的数据 说明配置文件 CONFLG.XXX ，并将该文件放置在 Re-Enge模块所在路径下的FILTER文件夹即可。 其中， XXX 是包含测量数据的 ASII 文件的扩展 名。这里，我们约定反求的ＮＣ代码文件扩展名为 ＮＥＵ，因此生成配置文件CONFug.NEU，内容如 下所示。

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% w" i& [/ b- T4 i＃＃ Cimatro反求工程输入文件格式配置文件 ＃＃
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5 P$ ?. L0 {* f, D5 Y0 |ＳＫＩＰＨＥＡＤ＝０　　　文件开始即是程度代码， 不需跳行读取
ＩＮＣＲＥＭＥＮＴＡＬ＝ＮＵＬＬ没有程序开始标识
ＮＥＤ－Ｓ＝ＮＵＬＬ没有程序结束标识
ＳＴＡＲＴ－Ｌ＝ＮＵＬＬ没有程序代码段开始标识
ＥＮＤ－Ｌ＝０读取每个程序行点坐标从左边第一个字符开始
( M+ m+ ]  g8 Q6 K  O* ^6 IＲ－ＴＲＩＭ＝０读取每个程序行点坐标到右边最后一个字符结束
Ｘ－ＣＯＯＲＤ＝Ｘ每个点坐标的Ｘ坐标数值前有一个前缀符号Ｘ
Ｙ－ＣＯＯＲＤ＝Ｙ每个点坐标的Ｙ坐标数值前有一个前缀符号Ｙ
4 W9 p6 N' `' Y/ o7 L. \; u2 lＺ－ＣＩＩＲＤ＝Ｚ每个点坐标的Ｚ坐标数值前有一个前缀符号Ｚ
需要说明的是，上面给出的坐标标识符Ｘ、Ｙ和 Ｚ区分大小写，必须和ＮＣ代码文件的格式相一致。
　　３、反求的基本步骤
2 {8 R4 w1 L$ D) N9 s（１）读放ＮＣ代码文件ReEnge （反向工程） 模块读取ＮＣ代码文件（对可以读取的数据点没有 数目限制）　并根据其中的零件表面数据生成点云 （Point Cloud)。然后利用点云操作命令编辑点云， 校正数字化的缺陷。对于未进行刀具补偿处理的 ＮＣ文件，还可以利用点云偏移命令进行刀具半径 补偿处理，得到反映最终零件几何数据的点云。
（２）点云的编辑　ReEnge模块读取数据点形 成点云后，点云被截面截取分段为多个区域。 ReEnge模块对数字化点重新排序，根据点之间的接 近程度自动拾取点并把点成组，自动拟合分为扫描 线和投影到平面上。
; m# ]8 \$ y' x" G# N（３）生成曲面　ReEmge模块读取分段数据点形 差校正的二维、三维Bezier或NURBS样条曲线连 接点，拐角点既可手工交互确定也可指定一角度范 围由系统自动检测。使用点去数据可以直接生成智 能的网格曲面（多面体网格），网格的章个节点还可 在不影响曲面的条件被修改。通过颜色表格来显 示网格和点之间的距离，也可以直接从点云生成 NURBS曲面，用颜色表格显示点和曲面这间的 距离。
* i$ t$ ~# V& W8 l（４）生成零件ＣＡＤ模型　由于ReEnge模块和 Cimatron的其他模块使用相同的数据库，完全无缝 集成，因而上面得到的三维曲线和曲面等可以象其 他Cimatron数据库里的实体一样允许用户进行编辑 修改，然后生成曲面ＣＡＤ模型，并可转变成实体模 型。进行重新设计后，利用Cimatron的NC功能， 得到进一步优化的NC代码文件控制数据榨机床进行 加工。
. d$ Z! A+ w2 r（５）模型的输出处理　应用Re-Enge得到零件 的CAD模型后，既可以利用Cimatron其他模块提 供的工具对CAD模型进行处理，也可以输出到其他 CAD/CAM系统中进行后续处理。Cimatron提供 了多种数据换接口，支持包括IGES、DXF、VDA 和JAMA--IS等在的多种工业界标准格式，还可 以直接输出STL文件驱动快速成型装
实现零件的 加工．</P