数控加工中基于反求任意曲面刀具轨迹生成的分析

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文‘第2页cAD／CAM系统后，生成CAD模型，转换成STL格式文件输出并用于快速原型制造。然而，此方式受成型材料的限制，目前应用范围仍然较小。基于反求工程，利用cAD／CAM系统生成CAD模型和NC加工程序是目前自由曲面加工较为成熟且应用广泛的一种方法。它依靠三维数据扫描技术，把实物扫描后在计算机中建模和修改、生成NC程序并与数控机床通讯，快速地进行制造。使用这种方法一方面能利用反求技术实现自由曲面的几何建模，更重要的是利用CAD系统计算机建模过程中可以对原型进行二

2、次创新，这也正是反求工程的完整的意义和目的所在。同时，借助目前强大的CAD／CAM系统可以生成较为理想的数控加工程序。随着目前制造方式向着“小批量、多品种和定制化"方向的发展，该项技术在产品的仿制和改型设计、新产品的开发、工业设计、模具的设计和制作等领域得到了广泛的应用。1．2反求工程概述1．2．1反求工程原理“反求工程口h(ReverseEngineering，RE)也称逆向工程、反向工程等，它起源于精密测量和质量检验，是设计下游向设计上游反馈信息的回路。广义的反求工程是消化、吸收先进技术的一

3、系列工作方法的技术组合，是一门跨学科、跨专业、复杂的系统工程。它包括影像反求、软件反求和实物反求等三方面。目前，大多数关于反求工程的研究主要集中在实物的反求重构上，即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造方面，称为“实物反求工程”。这种从实物样件获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术己成为CAD／CAM系统中的一个研究及应用热点，并发展成为一个相对独立的领域。在这一意义下，“实物反求工程心功(简称反求工程)可定义为：反求工程是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制

4、造技术的总称，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程。它是针对现有三维实物(样品或模型)，在没有技术文档的情况下，利用三维数字化测量设备准确、快速测得轮廓的几何数据，并加以建构、编辑、修改生成通用输出格式的曲面数字化模型，再送入通用CAD／CAM系统中，作进一步的处理，从而生成NC加工路径或快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)所需的模型截面轮廓数据，最后复制出实物或其原型的过程随¨引。

5、西南科技大学硕士研究生学位论文第3页它所涉及的关键技术包括：三维实体几何形状数据的快速获取，大型密集离散数据处理及其三维实体模型重构，快速原型及快速加工等技术Ⅲ。其实这里隐含的也是3M(Measuring，ModelingandManufacturing)集成化技术的思想聆1。随着计算机辅助设计的发展和应用以及CAD／CAE／CAM集成系统的开发和商业化，产品实物的反求设计应实现从产品或模型一一设计一一产品的整个生产流程。即首先通过测量扫描获得产品实物信息，然后充分利用成熟的CAD／CAM技术快

6、速、准确地建立实体几何模型，在工程分析的基础上，数控加工出产品模型，最后制成产品。具体流程如图卜1所示

7、二维图样、技术文挡l口]lcAD模型重掏仁图卜1反求工程流程图Fig．1—1ReverseEngineeringfIowchart1．2．2反求技术的实际应用．在产品造型日益多元化的今天，反求工程已成为产品开发中不可或缺的一环，其应用范围包括以下几个方面：(1)在对产品外型的美学有特殊要求的领域，为方便评价其美学效果，设计师广泛利用油泥、粘土或木头等材料进行快速且大量的模型制作，将所要表达的意

8、图以实体的方式呈现出来，而不是采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法。此时，如何根据造型师制作出来的模型，快速建立三维CAD模型，就必须引入反求工程的技术。西南科技大学硕士研究生学位论文第4页(2)当设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用反求工程的方法，比如航天航空、汽车等领域，为了满足产品对空气动力学等的要求，首先要求在实体模型、缩小模型的基础上经过各种性能测试(如风洞实验等)建立符合要求的产品模型。此类产品通常是由复杂的自由曲面拼接而成的，最终确认的实验模型必须借助反求工程

9、，转化为产品的三维CAD模型及模具。。(3)在没有涉及图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上，形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代码或快速原型加工所需的数据，复制一个相同的零件。(4)在模具行业，常需要通过反复修改原始设计的模具型面，以得到符合要求的模具。然而这些几何外形的改变，却往往未曾反应在原始的CAD模型上。借助于反求工程的功能和在设计、制造间所扮演的角色，设计者现在可以建立或修改在制造过程中变更过的设计模型。(5)很多物