[硕士论文精品]反求技术在模具设计与制造中的应用研究.pdf

浙江工业大学 硕士学位论文 反求技术在模具设计与制造中的应用研究 姓名：周建强 申请学位级别：硕士 专业：机械工程 指导教师：赵燕伟 20041201 新糕工驻太学工疆硬士擎使论文 摘要 本文针对国内外反求工程的发展应用情况，以三坐标测量机为反求工 程中数字诧设备瓣磺究工翼。隧尽可戆懿馁原始尼何参数褥劐还深隽宗 旨，对如何限定反求工程中的谈差及快速准确的曲面建模进行了深入研 究。探讨了自由睦面反求中拟合精度和测量效率的问题，通过数控实验平 台实现了以自麦爨瑟为主鲍穰兵产瑟模鍪实蛰反袋及其数控麴王豹 c A D C A M 集成制造，湖绕曲面建横、3 轴数控赧加工刀具轨迹的生成进行了 一系列的研究，主要包括以下几方面的工作： 1 。针对溅量过程中档在的误差，对三坐蠡测头、测量方式戆选取、溅量 步距的选择以及测燕原理进行了研究，并掇出基予点镟探测模式的新方 法。 2 针对曲线、曲嚣造型理论在灾际应舞中存在豹阀题，剩鼹三坐标测量 祝对工业产晶实秘进行了描述鄹验证；采稍不同方案避行了稿线拟合实 验，得出基于N U R B S 曲线曲面造型理论的优越性；同时研究在P r o E 软件 平台上以自由趋鹾为主的产品模型实物反求技术。 3 。分享厅了当前馥瑟三艇标数控蕊工存在髓润麓，研究了基于M a s t e r c a m 软 件平台上针对实际反求得到的游坯零件的N C 编程及仿真，并最终在数控 铣床上加工出模型产品。 关键词：曲面建模，三坐标测量机，逆向工程，粗加工，刀具轨迹 浙江工业大学工程硕士学位论文 致E S E A R C 糕o F 零疆嚣R 嚣V 嚣R S 嚣嚣N G 差N 嚣嚣R l G A P P L I C A T I o NI NM o U L DD E S I G NA N DM A N U F A C T l J R j I c A B S T R A e T T h i s p a p e r a i m sa tt h e d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o fr e v e r s e e n g i n e e r i n g 疆t E li ni n t e m a t i o n a la n d n a t u r a lf i e l da n di n t r o d u c e se a c hw a yo f R E “n t h e t i c a l l y f i n a l l yw et a k et h ed i g i t a t i z a t i o ne q u i p m e n to fc o o r d i n a t e m e a s u r i n gm a c h i n e ( C M M ) f o r 黼a St h e r es e a r c ho b j e c t T or e c o v e rt 1 e o r i g i n a lg e o m e t r yp a r a m e t e rf o ro u rb e s ti So u rt e n e t H o wt ol i m i tt h ee r r o ro f R Ea n dm o d e lf a s 专a n da c c u r a t e l yi sO u ra d v a n c e dr e s e a r c hc o n t e n tA tt h e s a m et i m e N Cm a c h i n i n gp l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nC A D C A Md o m a i na n d i So n eo ft h em o s te f f i c i e n tp r o c e d u r e si np r a c t i c a lp r o d u c tm a c h i n i n gt h u sa r e c r i t i c a l i nN C p r o g r a m m i n gr e s e a r c h T h i sP a l ) e rm a k e ss u m m a r i e so ft h e a u t h o r Sw o r kd u r i n gh i ss t u d yi np u r s u i n ga ne n g i n e e r i n gM a s t e r SD e g r e e ， a n di ti n c l u d e st h ef o l l o w i n gc o n t e n t ： 1 W es t u d y - m a i n l yi na s p e c to fs e l e c t i o no fC M M p r o b e p r o g r a m m i n g o fm e a s u r i n gt r a c k ，d e c i d i n go f m e a s u r i n gm o d ea n ds e l e c t i o no fm e a s f l r i n g i n c r e m e n tt or e d u c et h em e a s u r i n ge r r o r E s p e c i a l l yw eb r i n gf o r w a r dt h e s e t t l e p r o j e c t o fi d e n t i f i c a t i o na n de x t r a c t i o no fs o l i ds a m p l ea n dp r e c i s e o r i e n t a t i o no fd i f f e r e n tf a c ep o s i t i o n 2 豫et h e o r ya n de x p e r i r f a e n to fc u r v ea n df a c e m o d e l i n go fN U ' e d 3 S w e r ee x p l o r e da n dv a l i d a t e db ye x p e r i m e n t ，A tt h es a m et i m e ，s o m eo ft h e i n d u s t r yp r o d u c t sw e r ed e m o n s t r a t e da c c o r d i n g l yt ot h ec o o r d i n a t em e a s u r i n g m a c h i n e 3 。羽嫦d i f f e r e n tw a yo fc u r v ef i t t i n gw a si n 挺o d u c e di nt h i sp a p e r ，W e d e m o n s t r a t e dw i t ht h ei m i t a t i o na n de x p e r i m e n t a n de x e r tt h ee 强c i e n c ya n d a c c u r a c yo f C M Ma tt h em o s t 4 。B a s e do nt h e3 一a x i sr o u g h c u t t i n g ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ek n o w l e d g e o fN Ca n dr o u g hc u t t i n ga sw e l la si m i t a t i o no ft h eN Ci n t e r p o t a t i o na n d e x p l a i ns o m ea l g o r i t h m sa n dm e t h o d si nN Cp r o g r a m m i n g 。b a s e i n go nt h i s t h e o r i e s s o m eo ft h ei n d u s t r yp r o d u c t sw e r em a c h i n e db yU S i n gC A D C A M s o f 。s u c ha sl 岭。愿M a s t e r c a m K E Y W O R D S ：F a c e m o d e l i n g ，c o o r d i n a t em e a s u r i n gm a c h i n e ，r e v e r s e e n g i n e e r i n g ，r o u g hc u t t i n g ，t o o lp a t h 浙江工业大学工程硕士学位论文 第章绪论 拳章曹党分绍了反求工程的基本概念，透雨介绍了与执相关妁快速实物测蚤技 术、快速曲面建模技术、快速加工技术的国内外发展现状，最后通过分析与比较， 结合实际实验条件确定拳深题酌研究内容及实验方法。 写 言 在诗算掇技术飞速发震懿今天，三缍秘冗餐造薤技术已被测造遂广泛痘羯予 产品及工横具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护备个方颟。我们从 上游厂商接收的技术资料可能楚各种数据类黧的三维模型。但是，由于备种原因， 我奶疑嚣怼麴可能并# c 勰熬壤爨，囊怒实实在在熬实题谨傅，裔瓣甚至可能逡一 张可以参考的图纸也不存在，这就为我们在聪续的工作中采用先进的设计手段和 先进的制造技术带来了很大的障碍。我们必须通过各种测艇手段及三维几何建模 方法，姆爨鸯实羧( 产菇覆型或漕潺挨登 转饯为计算掇主敬三维数字模鍪，繇 所谓的反求工程( R e v e r s eE n g i n e e r i n g ) L I Ja 避年来，随着我国经游的进一步发展， ， 引进了不少阉外的先进技术和设备，隧之而采的一个问题摄如何深入研究、消化、 疆l 笈这些先遴技术，探索孳l 迸产菇中静关键技术，然后在诧基础上改遂、翻新、 开发出符合我国国情的先进产懿，形成自己的技术体系，增加鱼力更生、振兴经 济的能力。艇求工程技术的研究正是在这基础上发展起来的。 警蔫，艇赛备鞫在娶济技术发震中，应翔反求工程消化蔽载先进技术经验， 绘人们商益的启示。据统计，各国酉分之七十以上的技术源予圆终，反求工程俘 为掌握技术的一种簪段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了生 产率。嚣魏辑究复浓工翟技术，对我邕国民经济的发展和科学技术水平的提商， 具有熬大的意义。反求工程的应用领域大致可分为以下几种情提： 1 ) 在没有设计图纸或者设计图纸不完熬以及没有C A D 模型的情况下，在对零件原 形逶行溅鼙酌基戳±形成零释鹣设计灏纸或C A D 模黧，并戳诧为依据生 成数控加工的N c 代码，嬲工复制是一个相同驰零传。 2 ) 当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用发求工程的方法。 玩蓊靛天靛空领域，秀了满是产箍对空气动力学等要求，曾先要求在初始设计模 型的基础上经过各糖性能测试( 如熙濑实验等) 建立缚会要求黪产品援裂，这炎 新江工渡夫学工鹱颈±掌靛论文 零件一般具有复杂的自由曲面外型，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求 羹模其黪绞攥。 3 ) 在美攀设计特别擞蒙的领域，例如汽车外型设计广泛采用真实比例的术制或泥 塑模型采评估设计的焚学效果。此外，如电脑仿型、礼品创意开发等都需用反求 工程鲍浚诗方法。 如果从狭义上讲，反求工程主鬟指的是现代快速化的反求工程。它起源于二 十世纪九十年代，主鬻伴随着现代测量、计算机、现代制造昝相关技术发展起来 夔。奶巢没奏与我穗关技术瓣发袋，爱求工程裁没毒妇l 龟妖是戆送步，在遮墨我 们所指的反求工程技术主要包括快速实物测量拽术、快速几何建模、快速加工技 术三方颟。 1 2 快速实物渊羹概述 测擞反求技术是利用三维数字化仪、激光三维扫描技术域自动断层扫描技术 快速、礁确、爨动遮测取实舔产瑟鲍形状数撰、零释表嚣霸痰郏尺寸，在诗舞识 内拟含成C A D 模型，实现产品形体敷构。 目前，数字化方法主要分为接触式测量和非接触式测量两擞，接触式测量是 指测量头与实物表覆蠢接艇，采鼹黪设备主要窍：三坐标测量嫒、数控撬庶( N C ) 热 上测量装麓、专用数字化仪等。这种方式沈较成熟，但测量遽腹和精度比较低，而 且不适台粱软实物的测魑。随着计算机和光电技术的发展，以计算机图象处理为主 要手段懿嚣接熬式测燮技术餐到飞速发震，热毙撵法彝激光三麓形涎量等“。 1 2 1 兰娥标测量及测诀 产黯尼鹰形状铡爨霹以在三坐标溅量捷上遴行，根据三坐标测量砉篷驱殛系绫 的不同分为两类测蠹系统：手动三嫩标测量系统鞠数控三坐标测量系统，测头的 分类也建多种多样的，早期三坐标测量机大多使用固定刚性测趺，这种测头存在着 严重的姣陵，不能震纛数控三坐拣测璧捉上，当越零翅黔测头建电感式、恕容式 或光栅式的三维位移接触式测头，遮类测头可用予自动测量，如英国著名的测头 生产厂家R E N I S H A V 公闭生产的各种三维测头；大涟理工大学研制的三维电感测头 等然蕊这些接触测头仍然存在一定缺陷：尽管测量对铡头慧被爨物之超瓣接 触压力粮小，但仍然存在着一定的接触压力，对予某些质地鬃软的物品必然产生 2 浙托工业大学工程硕士学位论文 测量误差；由予接触压力对被测对藩的干扰，使得三维补偿问题并没有得到彻 底解决。 12 2 测量方法概述 三垒称测量在瓣量方式上可分为接触式溺量粕菲接触式灞璧两种。由上所述， 鉴予接触式测量本身赝嘲有的缺陷，擞界各围在非接触式测量方法申开展了广泛 研究，并取得了大量的实践经验。非接触式测量具商三大优点：对被测表蕊没 有经侮干扰，不会在溺爨过程中翊伤工件表面：对被测表面的硬度罄求很低， 可直接对麓弹性、柔软物体( 甚至液体) 表蕊进行测量； 没农溅头半径三缎於 偿问题。它避免了接触式测量中的几乎所有缺陷。q P 接触式测量根据测量原理的 不同，大致可分为光学溺量、超声波溺量、电磁测麓等方法。箕中光学测量方法 在反求工程中最为常用秘较为成熟。 激光非接触式测量。这种测量方法是根据光学三角形测量原理，以激光作为 光源，褥慕授莉劐妨钵亵面，并采甭光电敏感元件在舅一位置接受激光的反射， 根据光点或光条在物体上成缘鲍镳移，逯过被溪l 甥俸基乎霆、。缘点、像鼹等之麓豹 关系获取深度信息这类测虽仪精度高、速度快、和零件表面无接触，在数控仿形 加工、模其翻造、生产线实时在线检测等领域具有广阔的应用前景。 王业C T ( I n d u s t r i 拄lC o m p u t e rT o m o g r 8 D h y ，楚穆I C T ) 。这耪裂藿方浚对 被测物体进行断层截面扫描，以x 射线的衰减系数为依据，经处理重建断层截面 图像，荐被据不同位置滟断层瀚像来建立物体的三维信息。由于其具有对内部结 槐的透视能力，黢 接皴、不鼹体恁实现物体悫蘩终构与形状测爱分掇，辫戬青 蓿很好的应用前景。 1 2 3 数据获取方法分析舞对比 三坐标测量机的突出优点悬测量精度高( 分辨率达到1 O p m O 1 舯) ，但其最 大蔌患是溅豢速度经。熬着反求互程穰捷速成鍪| 麓涟技术熬迅速发震，对三缭物 体形状进行快速耩密钡I 量的需求越来越大。从工业巾非接触测量三维形状方法黥 应用来看，漫反射光接受的三角法是使用最为广泛的方法。目前，对该方法的研 究圭癸集中农精爱投缝藐价格魄豹撬离上。由予工堑殴吴脊狠强的造型髓力，是 测量没有备彳牛和复制品的具有复杂内郝结构的实物豹唯一方法，同时蟋景有楚 浙江工业大学工程硕士学位论文 捷、快速等优点。因此，将其应用于反求亦有着广泛的前景。 1 3 快速几何建模技术 1 3 1曲线曲面造型技术 秘躐设诗与铡造豹反求工程中，囊由夔瑟魏溅爨与接述怒极其熏要静。特剐 是对测缴数据的处理和C A D 建模，一直是传统殷求工程的“瓶颈”问题，肖许多 问题仍需进一步研究。目前，由于激光测量技术和激光快速成形技术的出现，推 动了反求技术数进一疹发震。 把实物经过数字化处理后得到的是大量密繁的原始测量数据( 数据量往往高 达几兆、几十兆甚至上西兆) ，数据之间通常没裔相应的、显式拓扑关系，只是一 大群空潮教鬣点( 数攒云) ，这当中逐篷摆大量无臻豹数据。瓣_ | 逢，蕾先爨须遵孬 数据的滤波、拟合、煎建和消隐等处理过程，然后通过适当的算法把这些缀过处 理的数据拟合成C A D 模型。在实际的反求过程中，我们遇到的零件的表面可分为规 囊趋嚣帮囊壹基嚣：蠛熨莛瑟莛§§够爰单一丞数褒这夔趋嚣，魄较容易测爨秘建 模；而自由曲面不能够用单一的函数来表达，酱通的测量手段己难满足要求，其 参数也不能直接给出，而且建模过程中也不能够用单一曲面来拟合与造型，而是 麦多张鞠露经过延 孛、避渡、裁骜等混台嚣成，濯瑟要分袭稳造。嚣_ | l 蓍芍三耱錾 面构造方粲：其一怒以四边域曲面即B S p l i n e 戏N U R B S 曲面为綦础的曲面构造方 案；其：是以三角B e z i e r 曲面为基础的曲面构造方案：其三怒以多面体方式来描 述趋瑟携髂。英中敬慕涎耱方襄痰麓为多。 1 N U R B S 曲面 在反求工程中，溅值点数据肖大规模、散乱的特点，其B 样条曲面的拟合有 其叁赛特焦，霆瑟，褒8 群条蘧嚣缀合孛，嚣磷究麴蓄要瓣鼷蹩攀一矩形城内夔 面的散乱数据点的曲莉拟合问题。襁众多的研究中，W e i y i n M a & J P K r u t h 的工作 较具代袭性p 1 。他们酋先根据边界构造一个初始曲面，然后将烈傻点投影到这个初 戆夔嚣上，接砉擐器羧影短萋算密蔟参数分毒，默瑟瑟决教魏数据豹参数分配润 题。根据遮一型值点参数分配拟合出一张新的N U R B S 曲面，然后再对型值点参数 进行优化，使所拟合曲面离给定型值点误差最小。 在实际麴产螽中，哭出一张畿囊稳藏熬 孥嚣不多，产熬蘩瑟往往鑫多张麓瑟 混合而成( 如过渡、相交、裁减等) ，因而，只用一张曲面去麓构其数学模擞是很 浙江工业大学工程硕士学位论文 难保证其模型的精度的，于是人们采用不同的方法来处理数据的分块问题，对于 图象形数据( 具有×列) 特点的数据，Bs a r k a r & c HM e n q 运用图象处理的原理， 获取曲面的特征线，然后根据这些曲线划分为不同的块，每块用B 样条曲面拟合， 最终将所有块拼接成一个整体。T a m a s Y a r a d y 等人提出一种四叉树方法，首先构造 一张整体的曲面，若不能满足要求，则将其一分为四，再对每- - d ' 块进行处理， 直至所有小块均满足要求为止。另一种方法则是基于曲线网格，首先估算各型值 点的局部性质，找出特征线( 如尖角等) ，将特征线拟合成曲线网格，对每一网孔 构造一张睦面，使网孔内部的点与其对应曲面具有最佳的逼近性，最终将所有曲 面片实行光滑拼接。CB r a d l e y & GW V i c k e r 等则提出一种两不方案，首先用函数方 法，如S h e p a r d 插值等构造插值于测量点的曲面的数学模型，然后在曲面上构造拓 扑矩形网格，交互定义特征线，利用此矩形网格数据构造曲面。1 9 9 6 年，他们又 提出另外一种称为O r t h o g o n a lC r o s sS e c t i o n ( C O S ) 的方法，首先对每块测量数据进 行三角剖分，得到几张插值于测量点的基于三角平面的曲面模型，然后用三组正 交的等间隔的平行平面与上述曲面求交，在各条交线的交点，即得到所谓O C S 模 型。然后利用根据网面格建立曲面的方法构造曲面 3 J 【5 【1 9 】 4 7 1 。 在以N U R B S 曲面为基础的曲面构造中，能够构造出作为标准的N U R B S 曲面， 并且其最终的曲面表达形式也较为简洁。但由于建立在两次优化计算基础上的曲 面构造对曲面的光顺性难以保证、计算量也很大，而且曲线网格的建立、分块等 很难自动完成，需要较强的交互参与。其次曲面构造的精度较难控制，在所介绍 的算法中，往往是着不能满足要求，则必须从头开始重算，而且O C S 模型外，不 能处理多视的拼合问题。 2 三角曲面 在反求工程中，三角衄面由于其构造灵活，边界适应性好的特点，一直受到 重视。在三角曲面的应用研究中，重点集中在如何提取特征线、如何简化三角形 网格和如何处理多视问题上，1 9 9 4 年，X i nC h e n & F r a n c i sS c h m i t t 在研究图象形数 据的曲面重建时，首先利用型值点估算出蓝面的局部几何性质，得到曲面的特征 线( 阶跃、尖角及曲率极值) ，并以这些特征为基础建立初始的三角形网格，然后 将自适应递增地、有选择地将型值数据插入三角形网格，三角划分中，未用到的 点都当作冗余数据。最后，通过三角B e z i e r 曲面构造得一张光滑的曲面。1 9 9 5 年， H y u n g j u n P a K & K w a n q s o o k i m 提出了一种自适应的光滑曲面逼近大规模散乱点得 浙江工业太学工程硕士学位论文 方法，他们用分段三次B e z i e r = 角代数曲面作为最终输出结果，而使各三角曲面片 之间达到跨边界连续。该方法从插值于产品的边界曲线开始，不断插入最大误差 点来精化逼近曲面。直到所有测量点都在规定的误差内，曲面的自适应逼近结束， 若逼近的允许误差为0 ，则曲面插值于所有数据点。这种方法概念简单，数据压缩 量大，并在加点的过程中不需要对整各曲面进行重构，而只改变相关影响域，因 而速度快，但是，在这一方法中采用非参数的形式，逼近结果受到坐标系的影响， 并且只能适应单值曲面，同时，由于曲面内的点之间的连接关系( 指特征) 没有 在自适应的网格划分中考虑，因而在逼近曲面中不能很好地重构特征【4 1 。 1 3 2 几种商用反求工程系统( 或模块) 分析 曲面里建C A D c A M 系统是通过接口程序把数字化设备测得的数据转换为相应 代码，生成数字化点文件，利用C A D C A M 系统的自由曲线和曲亩编辑功能对大量 的点进行编辑处理，修改、删除变异的点，也可增加点，使之分布合理，生成要 求的实体，通过曲率分析、光影等检查实体的特征，生成三维产品，进而得到模 具。 迄今，在国际市场上出现了多个与反求工程相关的软件系统，主要有：美国 I m a g e w a r e 公司产品S u r f a c e 7 1 、英国D e l C A M 公司产品C o p y C A D 、英国M D T V 公司的S T R I Ma n ds u r f a c eR e c o n s t r u c t i o n 、英国R e n i s h a w 公司的T R A C E ，在一些 流行的C A D C A M 集成系统中也开始集成了类似模块，如U n i g r a h i c s 中的 p o i n t c l o u d 功能P r o E n g i n e e r i n g 中的P r o e S C A N 功能、C i m a t r o n 9 0 中的R e v e r s e E n g i n e e r i n g 功能模块等，在我国，有关反求工程的研究与开发工作也在不少单位 内展开，如浙江大学、华中理工大学、西安交通大学、西北工业大学等，并取得 一定的成果，如浙江大学推出的R e s o f t 软件系统。 I m a g e w a r e 公司的S u r f a c e 7 1 主要有四个方面的功能：1 ) 扫描点的分析及处 理可接收来自不同来源的数据，如C M M 、L a s e rs e n s o r s 等。2 ) 曲面模型构造 快速而准确地把扫描点变换成N U R B S 曲面模型。3 ) 曲面模型精度、品质分 析。4 ) 曲面修改曲线和曲面可实时交互形状修改。在曲面的重建方面，该系 统主要方法有如下两点：可由扫描点直接产生曲面而不需要经过建造曲线的过程， 亦可先建周边曲线，而后用该边界与其内部的扫描点群来产生曲面。首先在扫描 点群中构造N U R B S 曲线，然后根据曲线来产生曲面【5 1 1 。 浙江王照夫学工程醺圭掌锭论文 D e l C A M 公司的C o p y C A D 主要有如下功能：1 ) 数字化点的输入与处理，包 菇数据竣入与数字化焱数豢戆交换与处理。2 ) 三热形划分，霹戬校据用户定义匏 允差三角化数字模型。3 ) 特征曲线的生成，融交互手动或自动的方式从三角形模 型中提取特征线，或赢接从外部输入特征线。4 ) 利用特征线构成的网格构造曲面 片，然襄逶过指定爨蘸片之闻熬逡续毪要求，袋实瑗夔覆片乏阕载光瀵揆滚。5 ) 曲面梭烈精度、品质分析。 M D T V 公司的S T R M 是在国内有较大影响的系统，对一个数字化的对承，其 撰终步骤大俸为；1 ) 戳不同懿角发游测量数据黧示予诗葵掇荔幕上，淡蹙及露发 现不准确的数字化点和遗漏的测量隧域；2 ) 编辑数字化点，所有的数字化点必须 经筛选或自由光滑处理，以去除杂敞点，从而提商数字化点的精度；3 ) 建立线框 模型，以交互方式定义模型夔特餐线：4 生残藏嚣，逶过定义嚣与嚣之越熬过渡 约束( 如曲线的相切、连续性等) 由线框模型擞成一组曲面，这些曲面被囱动地 覆盖到数字化型面上，以尽可能地与测得的数字化点相吻合；5 ) 校核。 这麴较l 孛系统采鲻鲍舔是N U R B S 莛瑟，获德镰款凌戆域搽终方法寒餐，冀共 同特点照先构造曲线，或者是利用曲线直接构造曲面，或是通过曲线界定鼬面拟 合区域，先生成曲面片，然后通过攒接构成完成的曲面模型。藏优点是N U R B S 曲 覆瓣应籁在C A D C A M 系统懿遥痿、交流赣÷分方矮。褥缝熬线蕊稳造在其中邈 着重要的作用。然而，。通过交互定义特征线费时费力，而自动提取的方法在目前 仍相当肖限。 i l | 涯大学的R E - S o 是系统采震三建B e z i e r 基嚣摸壁，它营建建立鼗字纯点的三螽 形网格，接着在三角形网格的网孔内蒙上三角B e z i e r 曲面。具体过程是：首先对数 字化点建立一个三角形网格模型，利用这一模型对曲面的特征( 如尖边、邋渡等) 遴嚣辫识，然嚣零l 惩羧谖缝栗舍瓣声绘定懿误羧瓣三惫形鄹辏避萼亍鍪要戆楚纯窝 调整，使得嘲格表示得曲面模型与宓物一致，最后在三角网格得网孔内构造三角 B e z i e r l 翅黼的曲面片。祷个相邻曲面间实现连续。其优点在于三角形曲面在袭现形 获方嚣楚簸梵灵矮，窕耱逶应蚕耱凝杂熬形获，瓣嚣，R e S o f t 在绦形犍方瑟秘鑫 强于国外的产品。另外，由于不需甏过多交互以构造曲线，所以R _ c s m 操作简单。 但由于采用三角B e i e r 瞄t 丽模型，所以它与其他C A D C A M 的通信就不台方便。为了 惩决遮一勰遂，在R e - s o f t 孛集残了令N U R B S 蘸瑟转换模浚，羁露还集裁了基于 三角B e z i e r 曲面模型的曲面加工模块p j 。 彳 浙瓤工业大学工程硕士学位论文 P T C 公闭的P r o E n g i n e e d n g q b 的P r o a S C A N 只能处理扫描数据输入，通过点过 滤和线过滤技术将模型的数据量减少，最终通过线来建立曲面。而U n i g r a p h i c s 中的 P o i n t C l o u d 模块羹l 对吴有擎篷特徭翡趋露壹搂羧台戒隆禹。显黎l 这释方法与专照豹 反求工程软件相比，他们的功能相当有限。但P r o E N G I N E E R 单数据库、参数化、 基于特征、全相关的概念改变了机械C A D C A E C A M 的传统观念，这种全新的概念已 残燕囊今氆器爨被C A D C A E C 镁域鹣濒标准。裁爰该橇念开发密来静第三代税械 C A D C A E c 删产品P r o E n g i n e e r 软件§2 犍设计楚生产念过程集成到一起，让赝蠢的 用户能够同时进行同产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程，本课题实 验研究部分圭要采舅j 该软件建摸。 1 4 馁速翱工技术 。4 。 C A D C A M 秘数控按王 人类在2 0 世纪取彳导了令人暇是的案造技术成果，作为现代剑造业蛉霪要体觋 的计算机辅助设计与制造即C A D C A M ( C o m p u t e rA i d e dD e s i g n C o m p u t e rA i d e d M a n u f a c t u r i n g ) 技术，它稍嗣诗算橇送行交互设诗、用鼗据文俘进舒产品定义， 在统一的数字化模型中进萼亍产品设计、分板计算、数控加工、质霪控制喾，改变 了过去的手工绘图、发图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式，是当代最 _ ， 杰岛静工程攘术戒虢之一“。 数控N C ( N u m e r i c a lC o n t r 0 1 ) 趣工技零是C A D C A M 其中最其锚凝数成票之一， 代表了先进的现代制造技术和机械制造的发滕方向数控加工精度黼，加工质量稳 定，自动纯程度高，能大大减轻工人的劳动强度，掇高劳动生产效率。数控加工 机床及其数控加工按本是诗冀摄集戏裁造系绞C I M S o m p u t e rI n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n gS y s t e m s ) 的基础。C A D C A M 和数控加工技术促进了现代制造技术 的飞速发震。 1 4 2 C A D C A M 系统的发展趋势 黪征壤獠、翔工模扳、实露蠢效静疆窳i 解决方案、耱能纯的自动於加工、 真实感加工仿褰和遵照匿援处理是当今C A D C A M 软终系统鸵发震趋势巍方囊7 r 8 t9 l 叫 浙江工业大学工程硕士学位论文 1 ) 特征编程成为提供C A M 自动化水平的重要途径 追求数控编程的自动化与高效率一直是C A M 软件设计者与应用者共同的目标。 在机械加工中相似的加工部位可以有相同或相近的加工工艺，这种特性构成了加 工同类零件的典型工艺，将此项技术纳入C A M 软件，成为提高编程效率的重要手 段。随着以C A D 技术、编程技术、加工工艺的发展，为编程自动化创造了更有利 的发展条件，特征编程应运而生，成为当代最具代表性、最富生命力的C A M 技术 之一。 2 ) 模板在C A M 软件与用户之间架起桥梁 随着C A M 软件智能化、自动化功能的增强，需定义的参数数量进一步膨胀， 控制参数的难度也进一步增加，现代C A M 软件普遍采用了模板技术。当要实现同 类加工过程时，只需调用该模板就可直接( 或设置修改少量参数) 得到工艺合理、 参数正确的加工程序。模板的意义在于可以共享专家水平的知识与经验。采用模 板工作法受益的不仅仅是数控编程，模板的建立为规范工艺过程，强化生产管理 提供了良好的技术基础，也为企业深化计算机管理，实施P D M 与C I M G 奠定了高质 量的工艺基础。 3 ) 实用高效的粗加工解决方案 早期的C A M 软件以完成零件的精加工为目的，这种编程是假定零件被加工轮 廓型面留有较薄且厚度均匀的切削余量。而实际加工中仅有部分零件能够满足这 种苛刻的要求。随着数控机床性能的提高，综合加工能力大大加强，加工工序进 一步集中，因此符合上述加工初始条件的零件越来越少对于数控加工来讲，零件 的毛坯通常余量较多，不少零件的毛坯状态为棒料、方料或板料。因此，高效自 动去除毛坯余量是C A M 粗加工编程的重要工作之一。粗加工自动编程较好地解决 了对毛坯直接进行数控加工的难题，成为现代C A M 软件的重要功能指标之一。 4 ) 智能化的自动补加工 对残留区域的自动补加工成为C A M 系统必须实现的技术指标。现代C A M 系统 对零件精确模型具有极强的数控编程能力，提供了多种高效自动的编程手段，辅 以加工预处理一粗加工自动编程和加工后处理一自动* b j J 口- V 与自动清根，构成 零件全过程数控加工的编程方案。这种智能化的编程手段，大大提高了加工效率 与加工精度，提高了零件加工的数控化率，提商了数控机床的利用率。 浙张工业犬举工程硕士学位论义 5 ) 真实感加工仿舆 数控加工程序必须通过验证才能用于生产。随着计算机图形显示与处理能力 兹掇赢，模擞方式邀发生了矮豹飞跃。真实感热工仿翼成为魂 弋e 嬲系统逊辛亍 程序验的主要手段。伴髓簧刀舆运动，在毛坯实体模型上真实秀现零件余量被实 时切除的过程，采用真实感光照模型，整个验证过程形象逼真，在被加工表酾可 戳蓍爨甥裁嚣鍪下憨清溅刀痰，霹蕊肴动态静窃骞l 过程，还可蕊察秀霸王焘酌表萄 质量，可迅速发现干涉、过切部位。专业化3 D 仿真软件逐提供了多秘分板功能。 对J J n - ' 【后的零件，可通邋放大、旋转等手段从不同方位观察细部；可观察任意横 截嚣瓣韬女效暴；迄爵将来蠡澍送蠛获蕊工薅静零俘上弱离密慕，单独曩示，供 进一步加工编程；还可将夹具、刀柄、甚至机床的几何信息并输入到模拟状态 中，观察刀具运动过程怒否会发生碰撞、是否会产生干涉。 6 ) 强大豹纛鬟处璎能力 从A P T 起，厨置处理就成为自动缡程的熏要组成部分，即农通用的编程系统 中完成刀位文件的生成盾，还辩通过针对特患机床和数控系统进行的代码转换， 生藏褥舍掰臻梳寐撂令我鹤熬热z 程垮。各释C A D e 勰软件郡把提供后置处理 能力作为系统重要的集成指标，并出现了专业化的簌嚣处理软件配套巅。淡行蛉 C A M 系统大都可以提供后鼹处理参数配置模块和后置处理解算执彳亍模块。C A M 用户 不仅霹戳壹接镬褥螽置熊疆程净，还可鑫行配嚣螽餮楚瑾参数。 1 ，5 课题磊秀究背景及肉容 。5 。 课题凝究蜚爨 因为世界本身并非只有规则曲面，这为我们设计构思提供了广阔的天地，我 们能够制造出成千上万的产品，呈数不尽的形状，但是我们测量产品的能力却一 壹畜辍，传统懿零媛静溺鬟方法与设诗方法跫不能满是要求、反求工糕就是针对 此领域发展越来的一门学科。在实际的应用领域，为了实现产品的快这开发，设 计工稷师常常以已知的样件( 模件) 为依据或参考原型进行仿形、改型设计或工业 造型墩诗。院露：瘁援车、汽车车隽帮覆盏释、装镶锌簿豹工、监设计与详缩设讦中。 形状独特而复杂的照由曲蕊件一般不能赢接建立C A D 模型，往往是以制传模型兹 经手工修改的样件为设计原型；没有图纸或图纸无法得到的已知复杂形面的产品 造型或密损零 孛。帮数控魏工是穗翦C A D C A P p 黼系统中焱能鸹驻发挥效益的环 1 0 浙江工业大学工程硕士学位论文 节之一，在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期 等方面发挥着重要作用”“，产品粗加工的目的在于迅速切除大部分余量以提高生 产效率，同时为后续加工创造条件。制造业的不断发展，把粗加工放到了曰益重 要的地位上随着生产技术水平的不断提高，用户要求产品的交货期相应的缩短以 适应市场的快速变化据统计，目前在注射成型模具的加工中，有5 0 左右的时间 花费在切除大余量的粗加工上“。因此，从保证产品精度，提高加工效率，缩短 交货期等方面考虑，粗加工是一