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
$ l2 |# ]* o, D　　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。
) A6 ^! ?1 d4 c. M& o　　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：
　 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。
　　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。

& l. S. E9 Y. C- v　　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。
( C- j9 F0 [1 Y# T　　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。
　　四、ＮＣ文件产品反求工程的实施
9 F! K( H2 E2 \/ q. j( y　　基于ＮＣ代码文件的产品反求主要内容和步骤 如下所述。
' B- a# c! C! t( V6 r; T: i　　１.ＮＣ代码文件预处理
+ f4 f. b+ X6 t2 o/ M　　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
: H9 v2 D7 B7 H3 ^, q/ K* b7 C
* k  ^3 d  D. l5 f
　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。
5 X- s5 X7 `* f8 {  o3 `
- q! R# R) U8 n8 n# E9 w) l＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃
＃＃ Cimatro反求工程输入文件格式配置文件 ＃＃
＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃
# }+ k- w' m. S3 y; E% {ＳＫＩＰＨＥＡＤ＝０　　　文件开始即是程度代码， 不需跳行读取
4 \2 b! g' b" b6 M' PＩＮＣＲＥＭＥＮＴＡＬ＝ＮＵＬＬ没有程序开始标识
" @: N. P: I: R2 u2 ], A5 kＮＥＤ－Ｓ＝ＮＵＬＬ没有程序结束标识
3 }: ]5 a) U7 hＳＴＡＲＴ－Ｌ＝ＮＵＬＬ没有程序代码段开始标识
; U+ q$ F) p1 e, D  R. uＥＮＤ－Ｌ＝０读取每个程序行点坐标从左边第一个字符开始
  j) k. D5 k1 U# y9 [1 N" D8 @/ jＲ－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
% W% |$ t+ M9 _4 ]# EＹ－ＣＯＯＲＤ＝Ｙ每个点坐标的Ｙ坐标数值前有一个前缀符号Ｙ
Ｚ－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。
( v! \5 p$ W# x　　３、反求的基本步骤
" I6 m  K( L( L3 L5 h3 S: j: D9 @（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。
（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。
（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。
* ~$ d0 C1 I2 m; h( D3 q) ]6 ]（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
/ c+ \0 {* W2 C  }实现零件的 加工．</P