复杂曲面数控加工技术研究

摘要：文章主要是研究和论述当今数字科技控制技术的原理和过程，以及复杂曲面数控加工技术带来的经济等方面的影响。这一技术通过不同于传统的技术特点的技术即逆向技术工程为主要研究对象，通过数字化扫描以及各种建模的方式进行研究。文章在对以上内容进行研究分析的基础上，在最后还对其应用和积极意义进行了思考和探讨。

关键词：复杂曲面；逆向工程；数控加工

逆向工程指的是在各种条件所缺少的情况下，通过对模型的分析研究通过各种数字技术以及先进的科学技术对模型的内部结构和外在特征进行分析研究，从而得到一种可以批量生产的技术，例如CAD技术，这就是科技发展的产物，同时也是逆向工程最重要的一部分。基于目前市场竞争激烈的现状，为了降低成本和提高效率，实现高质量低成本，进而增加产品的收益和竞争力，在这种环境下，分析以及分解逆向工程中的复杂曲面数控技术的成果成为了各个企业所迫切想要得到的结果。因此复杂曲面数控技术是企业之间竞争所必须具备的一项技术，这也就导致了复杂曲面数控技术的飞速发展。对逆向工程样品的加工处理主要包括产品CAD建模、数据预处理、数字化扫描、加工方案等四个方面。

1扫描技术的数字化

接触和非接触式是数据采集的方式，同时也是非常重要的两种技术。接触式的采集测量技术由两种数据采集方式所构成，一是，点位触发方式；二是，连续式数据采集结构。点位触发式的优点是简单而方便，缺点是比较不具体缺少细化这一方面的内容，其主要应用于规模较小的测量，同时其采集速度相对较低，一般只用于零件表面形状及规格的测量，数字化成都相对较低。与触发式数据采集相比较，精细而准确是连续式数据采集的最大的优点，如扫描测量仪和监控测量仪，由于其具有较快和较精准的采集速度，所以满足绝大部分大规模数据采集的要求。接触式测量方法虽然成本较低，操作简单，精度较高，抗干扰能力较强，但是由于测量时接触压力的存在，这就导致了一些质地柔软体积较小的的零件测量存在较大的误差。对于非接触式测量，测量时不能接触到带测物体表面，这是最基本也是最重要的要求，因为这直接关系到测量的准确性，同时电、磁场、激光、声波等是其数据传递最基本的载体，其中最常见的载体就是激光载体。与接触式测量相比，可满足远距离工作、对零件损伤程度较小、速度快、不存在测头半径三维补偿问题、可满足远距离工作、对环境要求低且适用于质地柔软或弹性材料制成的零件的优点就显得格外的明显，这些优点也正是非接触式数据采集近年来飞速发展的原因。随着数据采集要求的日益需求，一种新型的测量技术也随之而生，这就是断层扫描测量技术。断层扫描测量是一种新兴的测量技术，可以忽视物体复杂程度进而对零件表面和内部结构同时进行精确测量。

2数据预处理

数据处理的过程中，测量的是否精确和外在的环境息息相关。机器的精度，仪器设备的陈旧以及设备的不足等等都是影响因素，同时待测零件的质量、表面状况以及测量仪器的半径等也是不可忽视的内在因素，这些因素直接影响到了最终的三维框架模型结构。所以消除这些影响因素是在进行实验结果处理前必须要消除的对象。在实验数据测量之前，要对影响实验测量的多余参数进行消除，对实验数据进行插入补充和删除误差大的一项。从而才能使数据更加精确优化，处理数据时才能将各种不同的测量结果进行分类归化统一。

3CAD曲面模型的重构

3.1产品逆向建模。在逆向建模的过程中，其最常用的软件是GeomagicStu-dio。其基本内容和方式便于操作者直接完成逆向建模的过程，主要包括以下方面：①编辑点云进行编辑指令的操作；②在点云的帮助下进行三角网格的处理，编辑，加工，包装；③构建四边形模型边界的最初模型；④曲面阶段的栅格化以及NURSS的应用。3.2CAD模型及曲面构建。（1）曲面重建的点阶段。曲面重建的最重要阶段莫过于点阶段的构造。在这一阶段由于构造过程中的无用点比较多，因此要利用“减少噪音”这一技术来删除多余的无用的点，如果点数过多构成了点云，这时为了节省工作时间就要采用重新处理点数据的方式对点云进行重新采样处理。最后将所得到的结果点导入数据进行封装。这里所默认导入的是将点云数据导入GeomagicStudio，这也称为最后的封装阶段。下面介绍下GeomagicStudio软件的采样方式（统一采样、随机采样、曲率采样、对点采样和等距采样）。这一阶段的封装即可全部完成。（2）三角网格（封装）阶段及多边形阶段。多边形是由各种图形组成的，这其中包含着大量的三角形，因此多余或不精确的点构成的三角形进行编辑处理可以改变模具基本属性。这时通过删减增加等方式达到所需三角形的个数，再通过“填充孔”对不同半径曲率的孔进行优化填充，达到最终的要求效果。三角网格的封装和多边形阶段的处理通常还有其他的步骤，经过以上的三个重要步骤处理后，四边形的曲线模型的构造就会显得得心应手了，同时四边形曲线构造对NURBS曲面的构建建立存在着不可挥灭的作用，也是其曲面建立的核心。（3）曲面阶段。通过四边形边界的构建划分，再进行重叠部分的删减，进而可以得到准确的构造曲面模型，便可以得到产品的最终模型了。

4利用CAM生成数控加工刀具轨迹

就目前这一阶段来看，有许多不同的软件可以应用到数控加工这一生产过程中，但是其基本原理都大经相同，无论是其产品轨迹生产方式还是产品生产所采用的工艺都相似。其最常见的工具就是利用CAM数控加工技术对各种产品进行表面简化以及对曲面进行数控加工。（1）等参数线加工方法。等参数线加工是渗透在数控加工过程中最常用的加工方式，是利用数学原理中的一维、二维、三维模型进行操作。例如在生产刀具的过程中，刀具轨迹整齐排列在X、Y参数平面上，刀位的计算可以在曲面或曲面的等距面上进行求解。但是这同样具有速度、复杂度、排列密度上的优缺点，这是不可避免的因素。（2）截面线加工方法。截面线的加工包含着曲面，平面，以及曲面平面相结合，这两种加工方式的结合能够有效地得到加工过程中所需要的接触面、交线等。切被加工表面之后便可以得到一系列交线，刀具在曲面的焦点处伴随着交线运动就完成了曲面加工。这种加工方式有自身独特的优点，但是同样这一操作的缺点也相对较明显，为了克服这一缺点因此在加工过程中一般采用平面进行处理。（3）等残留高度法。等残留高度法是由美国加州大学的KSuresh和DYang提出的。其目的是为了解决刀具加工时球头刀加工的困难，主要内容包括如何运用数控技术计算步距，如何解决轨迹间的空隙达到最小，或者使轨迹间的剩余高度达到最大，从而达到缩短时间的目的以节约成本。曲面加工还包括投影方法、等值粗线加工法和曲线插值法等等，这些都是非常实用的曲面加工方法。但是这些方法都有其各自的试用范围，需要在实际的加工和操作过程中合理的选择利用，合理运用才能有效的提高产品的加工速率和加工精度。

5结语

伴随着经济的发展，新型技术的出现是科技发展的必然产物。作为现代科技产物的逆向工程是研发模型和设计模型以及制造领域的研发者的重点研究对象也是模型建造的发展方向。在逆向工程技术的基础上通过计算机以及CAD/CAM技术进行操作可以节约人力上和时间上的的花费，同时也可以提高产品的成品率和产品精度，有效地解决了复杂产品的加工难题等等。增强了企业之间经济竞争力，有利于推动社会经济以及国家GDP的发展实现国家的工业化进程。由此可见，逆向工程的研究是创造力和先进技术发展进步的重要手段，同时其对于我国科学技术的发展和人民生活水平的提高自己实现中华民族的伟大复兴具有重大贡献，同时也是世界科技水平进步的应证。逆向工程的复杂曲面技术的研究必然会成为未来的一大研究课题。

参考文献

［1］张红兵，尚广庆，李晓岩.基于逆向工程技术的模具的再设计［J］.机械设计与制造，2012，（7）.

［2］王永信，崔学龙，贾濯非，等.逆向工程在大型雕塑制作过程中的应用［J］.机械研究与与机械应用，2013，（1）.

［3］杜武林.高频电路原理与分析［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2000.

作者:廖永胜 单位:广西理工职业技术学校