逆向设计教程（ＵＧ的轮毂盘逆向设计与制造）

逆向设计是将实物或手工模型转化为３Ｄ模 型 的 过 程，已经在现代加工企业产品的开发设计中广泛应用，尤其对于汽车覆盖件、摩 托 车油箱盖等复杂曲面零件的设计很有用，因 为 其产 品 形 状 和 尺 寸 是 无 法 描 述 的［１］。本 文 以 轮 毂盘 为 研 究 对 象，利 用ＵＧ软 件 进 行 了ＣＡＤ模 型重 建，并 利 用ＵＧ的ＣＡＭ模块进行了轮毂盘的数 控 加 工。利用这种方法制造出轮毂盘样件，可极大地节约轮毂盘模具的制造成本，并 能 较好地缩短模具的制造周期。

１基于逆向工程的轮毂盘建模

１．１数 据 采 集

（１）详细分析轮毂盘的形状和结构特点。

（２）在确保足够扫描点数、有 利 于 轮 毂 盘 另一侧扫描面参考的情况下，在 轮 毂 盘 重 要 位 置贴 点。

（３）数 据 采 集 时，利用手持式三维扫描仪对轮毂盘进行分区域扫描

１．２点 云 处 理点云的处理

主要由拼合多视点云、过 滤 点云、精 化 数 据 和 分 块 点 云 等４个 步 骤 组 成。轮毂 盘 主 要 进 行 过 滤 点 云，必 须 将 误 差 点 进 行 分析、筛 除，将冗余的数据进行精化。造 成 误 差 点产生的原因有测量设备的公称参数变化、环 境温 度 的 变 化、操 作 人 员 的 水 平，在 真 实 数 据 点 中混 有 不 合 理 的 噪 声 点，过 滤 噪 声 点 是 逆 向 工 程中 数 据 处 理 的 基 础，数据平滑主要是针对完整点云中的大量的噪声点进行处理。对 点 云 进 行平 滑 滤 波，可得到精确的模型和高质量的特征提 取 效 果。

数据处理主要可以进行体外弧点、杂 点 去除和噪声点减少的工作，利 用ＵＧ中 的［统 一 采样］工 具 稀 疏 数 据 密 度。其 次，将 数 据 用［封装］工具生成不规则的三角网模型。第 三 步，利用［网 络 医 生］修 补 模 型，再 用［补 洞］工 具 将 三角 网 的 缺 口、孔 洞 进 行 补 齐，并 生 成“ｓｔｌ”点 云 文件。最 后，将所有处理的数据进行封装处理，如图１所 示

图１数 据 点 封 装

１．３建

模反求轮毂盘造型所做的工作主要是分析点的 组 成，创 建６个 半 月 形 孔 和４个 小 孔 特 征 及绘 制 标 志。

（１）依 据 轮 毂 盘 的 点 云 文 件 绘 制 轮 毂 盘 的外 形。先 设 置 圆 弧 颜 色 为 黑 色，并 绘 制 圆 弧 和桥 接 曲 线，选 择 菜 单 中“插 入”／“组 合 体”／“缝合”来 缝 合 曲 面，得到缝合曲面的效果如图２所 示。

图２缝合曲面效果图

（２）将ｓｔｌ点云选取特征点，利 用 直 线、圆 弧等命令连接形成模型的特征线，在 零 件 的 面 上连 接 成 直 线、隐藏直线和第三排点，并 创 建 扫 掠平 面 和 旋 转 形 成 小 孔 曲 面。最 后 通 过 投 影 曲线 和 创 建 圆 弧、样 条 曲 线、曲面等方式来构建轮毂 盘 上 的 特 征。在模型创建过程中，为 提 高 模型 的 质 量，应将曲面与点之间的误差控制在０．０５％范 围 内，创建的轮毂盘实体模型如图３所 示。

图３轮毂盘实体模型

２数控加工

首先对轮毂盘模型加工工艺进行分析，采用 先 粗 再 精、先正面后背面的加工方法，选 取 牛鼻 刀、平 底 刀、球 刀 等 刀 具，采用型腔铣等加工方 法，生成各步骤的刀具路径。

２．１型 腔 铣 加 工

首 先，创建型腔铣粗加工。在［型 腔 铣］对话 框 中 进 行 设 置，［切 削 模 式］选 择［跟 随 周 边］，［步 进］选 择［刀 具 直 径］，［百 分 比］为７５％，［全局 每 刀 深 度］为０．５。单 击［型 腔 铣］对 话 框 上 的［切 削 参 数］按 钮，系 统 弹 出［切 削 参 数］对 话 框。对［策 略］选 项 卡 进 行 设 置，［切 削 方 向］选 择［顺铣］，［切 削 顺 序］选 择［深 度 优 先］，［图 样 方 向］选 择［向 内］，并 复 选［岛 清 理］，［切 削 参 数］对 话框、生成的粗加工刀具路径分别如图４、图５所 示。

图４［切 削 参 数］对 话 框

图５生成的粗加工刀具路径

对［切 削 参 数］对 话 框 中［余 量］进 行 设 置，［部 件 侧 面 余 量］选 择０．５。［连 接］选 项 卡 下，［区 域 排 序］选 择［优 化］，并 复 选 择［区 域 连 接］。单 击［型 腔 铣］对 话 框 上 的［非 切 削 运 动］按钮，系 统 弹 出［非 切 削 运 动］对 话 框，对［进 刀］选项 卡 进 行 设 置，［进 刀 类 型］选 择［螺 旋 线］，［直径］选 择６５，［最 小 倾 斜 长 度］选 择０。单 击［型 腔 铣］对 话 框 上 的［进 给 和 速 度］按钮，［主 轴 速 度］选 择１１００，［切 削］选 择８００。单击［型 腔 铣］对话框最下面的［生 成 刀 轨］按 钮，生 成 刀 轨。单 击［确 认 刀 轨］，生 成 的 粗 加 工 刀具 路 径 如 图５所 示。

２．２固 定 轴 轮 廓 铣 加 工

精 加 工 采 用 固 定 轴 轮 廓 铣 加 工。系 统 弹 出［固 定 轮 廓 铣］对 话 框，驱 动 方 法 选 择［区 域 铣削］，图６所示为参数的设置，然 后 单 击 确 定，［固 定 轮 廓 铣］对 话 框 如 图７所 示。在［固 定 轮 廓 铣］对 话 框 中 单 击［切 削 参 数］按 钮，［切 削 方 向］选 择 逆 铣，［切 削 角］选 择 自动，［最 大 拐 角］选 择１３５°，［部 件 余 量］选 择０，［主 轴 转 速］选 择１６００ｒ／ｍｉｎ，切 削 进 给 量 选 择１２５９ｍｍ／ｍｉｎ，进 给 率 选 择６００，单 击［固 定 轮 廓铣］对话框最下面的［生 成 刀 轨］按 钮，生 成 的 精加 工 刀 具 路 径 如 图８所 示。利 用 镜 像 命 令，生成另一面的刀具轨迹，仿真效果图如图９所 示。半 精 加 工、精加工的操作与粗加工相似。对刀轨进行后处理，再 传 入 机 床，利 用 数 铣 进 行加 工，最终完成轮毂盘产品的加工。

图６［区域铣削驱动方法］对 话 框

图７［固 定 轮 廓 铣］对 话 框

图８生成的精加工刀具路径

图９刀具路径的模拟

随 着 科 技 的 发 展，新技术越来越多应用到了 逆 向 工 程。本文在深入研究逆向工程技术的基 础 上，以汽车轮毂盘为例进行逆向造型和数控 加 工 编 程。通过详细的分析和研究，总 结 了逆向造型的思路、创建特征的技巧，详 细 介 绍 了数控加工的基本要领、程 序 的 后 处 理、加 工 程 序的 导 出 等 环 节，真正实现了从三维模型到实物的 全 过 程。