基于逆向工程的曲面零件重构

聂迪　赵彦如

摘 要：自从2000年以来，我国就进入了信息时代，而信息时代以计算机为主要研究设备，因此，计算机软件的开发变得如火如荼，而基于逆向工程的曲面零件重构正是计算机发展领域中的一个重要组成部分。本文主要针对逆向工程进行阐述，对逆向工程中的数据采集、处理、CAD模型重建以及数控加工刀具轨迹生产的过程进行说明，并通过实例说明如何基于逆向工程进行曲面零件的重构。

关键词：逆向工程；曲面零件；曲面重构；数控加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.104

0 前言

随着计算机技术的不断发展，计算机应用的领域也随之扩大，现阶段几乎所有行业都需要借助计算机来进行工作，因此，掌握好计算机技术十分必要。对于基于逆向工程的曲面零件重构工作更是需要相关工作人员熟练掌握相应的计算机技术，方能达到设计的要求以及满足生产的需要。

1 逆向工程的概念、流程及设计步骤

1.1 逆向工程的概念

逆向工程是一种以实际测量数据为依据的计算机产品造型技术，主要是通过数字化的测量仪器来对物体表面的空间数据进行收录，然后再经过逆向工程对数据的整理以及处理，来获取该产品的数字模型信息，在逆向工程中的产品数据传送到计算机辅助制造的数控系统中，就能够实现产品的生产以及制造[1]。

1.2 逆向工程实现的流程

实现逆向工程过程总共分为五个步骤，一为准备模型阶段，该阶段是逆向工程的基础阶段；二是三维测量环节，实现用数据资料来表明该模型的所占空间；三是计算机再设计环节，该环节是逆向工程的基本环节，是最为核心技术的应用环节，四是快速成型阶段，此阶段是零件生产的主要环节，也是检验重构零件是否合格的重要阶段；最后是投入生产，即进行零件的大规模生产，实现经济效益的重要阶段。

1.3 逆向工程实施的步骤

首先是准备工作，即确定设计的整体思路之后再对实物进行系统性的分析，在能够确定模型的构成以及模型的曲面类型之后再进行软件的选取和确定。其次是数字化的构建，即通过扫描的方法来获取零件实物的三维坐标值，一般来说，通过3D扫描测量的方式来获得坐标的方法较为常用。再次是几何特征的提取，任何实物的曲面都可以通过一种几何公式来进行表达，而对几何特征的提取工作，一般有两种方法，一是边界分割法，二是区域分割法，两者相对比，区域分割法更具有明确的几何特征，因此，常用区域分割法来对零件实物的曲面特征进行提取。

2 数据采集及数据处理

数据采集及数据处理是重构CAD模型离散数据的主要依据，是数字化技术的首要步骤，只有获得了准确的数据，才能够将误差与曲面进行比较，实现正确的CAD建模。通常情况下，数据的采集是用某种测量方法以及测量仪器来读出实物表面的若干点组成的几何坐标，而坐标数据的采集也分为两种，即接触式数据采集以及非接触式数据采集，接触式数据采集是以三坐标测量机为主要代表的传统型仪器，其缺点是容易损伤测头以及被测零件的表面，而非接触式数据采集由于避免了物体的接触，所以不会有测头以及被测物的损伤，并且由于测量速度快，自动化程度较高，适用于较多的软件，所以被广泛的使用。

3 模型的重建

常用的数控加工曲面有三种[3]：

（1）行切法：即刀具依据零件的轮廓以及切点的轨迹进行加工，该种方法精度高，并且效率高，缺点为容易导致残留高度相差较大，因此可用于零件的粗加工。

（2）层切法：即将零件的其余过多的部分进行一层层的切除。由于该方法的刀具轨迹固定，空刀现象少，效率高，所以也是一种较为常用的高效率加工方法。

（3）环切法：常用于各种槽腔的曲面加工，包括槽腔中各种凸台和复杂型面的加工，该种加工方法是较为常见的一种高效率的精细加工方法。

4 实例

本次所加工的零件是某种零件的盖子，在通过逆向工程的数据测量后，可以得到如图1所示的测量模型，通过3D模型的构建，并利用CAXA程序生成刀具的轨迹，经过仿真，通过数控加工就可得到该模型的实体零件。图2为零件的重构曲面。

5 结论

逆向工程技术是一种将计算机网络技术和计算机CAD技术结合在一起的一种综合性计算机技术，能够在CAD的操作界面中将复杂的曲面零件进行重构，不仅大大减少了零件产品的开发时间，增加了零件的开发质量，还能够真正的实现降低开发的成本，提高企业的经济收益。基于逆向工程的曲面零件开发技术能够将产品从设计到加工整个信息流程及时监控，既能够较快达到企业的生产目标，又能够在设计中体现出自身的价值。

参考文献：

[1]高晓芳.基于逆向工程的曲面零件重构及NC加工[J].机械工程与自动化，2010（05）：164-165.

[2]黄斌达，王琦，陈发威.复杂曲面零件的逆向建模及数控加工仿真的研究[J].组合机床与自动化加工技术，2010（12）：97-100.