【正文】 圖43所示。圖42 參數(shù)線法加工效果 圖43 行切法刀具軌跡2) 層切法層切法的刀具路徑規(guī)劃是用一組垂直于刀具旋轉(zhuǎn)軸的平面與該等距曲面求交，將求出的交線構(gòu)造成二維輪廓，計算出每一層的刀具軌跡。這種方法相對于行切法，計算比較復(fù)雜，切削加工平穩(wěn)，若采用小的切削量，加工后的表面質(zhì)量很高，路徑可以從中心向外擴(kuò)展，也可以由邊緣向中心靠攏。如圖44所示。（3）投影法投影法加工的基本思想是使刀具沿一組事先定義好的導(dǎo)動曲線運動，同時跟蹤待加工表面的形狀。導(dǎo)動曲線是把2D圖形或刀具路徑投影在零件幾何模型上產(chǎn)生加工刀具路徑。投影法加工采用投影求交的方法產(chǎn)生交線后需要進(jìn)一步以直線或圓弧逼近，從而使得生成的程序段較長，計算時間也較長，其切削運動與工件的形狀配合緊密，一般只適合于精加工和刻模加工。（4）螺旋式三軸聯(lián)動走刀法使用螺旋式三軸聯(lián)動的加工走刀方法時，刀具一邊沿輪廓切削，一邊在縱向進(jìn)刀，既保證了刀具載荷的穩(wěn)定，又使刀路軌跡也自然平滑。圖44 層切法刀具軌跡 三維后視鏡罩模型仿真加工五軸加工在多軸聯(lián)動加工中的應(yīng)用是最廣泛的，所謂五軸加工是指在一臺機(jī)床上至少有五個坐標(biāo)軸，即三個直線坐標(biāo)和兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，而且可以在計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）的控制下協(xié)調(diào)運動進(jìn)行加工，主要用于加工復(fù)雜的曲面、斜輪廓以及不同平面上的孔系等。因為在加工過程中，刀具與工件的位置是可以隨時調(diào)整的，從而能使刀具與工件達(dá)到最佳切削狀態(tài)，提高機(jī)床加工效率。 PRO/E中刀具路徑屏幕演示在Pro/E的NC組件中應(yīng)用曲面銑削，該加工形式主要用于切削毛坯上不太大量體積的加工余量進(jìn)行粗加工，留少量余量給精加工，可提高加工效率，減少加工時間，降低成本。在序列設(shè)置中，選擇刀具、參數(shù)、退刀、窗口、逼近薄壁。選用退刀，是在工件上建立一個退刀平面，每次退刀，刀觸點都會移動到這個退刀平面；選用窗口，在工件上面建立銑削窗口，給銑削圈定一個范圍，范圍以外的加工不到；選用逼近薄壁是出于該體積塊銑削是開放型，從外部進(jìn)刀可以保護(hù)刀具。參數(shù)設(shè)置后，可以直接屏幕演示。在PRO/E軟件的NC組件模塊，設(shè)置合理的參數(shù)后進(jìn)行屏幕演示顯示走刀路線效果，如圖45所示。圖45 刀具路線屏幕演示效果刀具路徑屏幕演示時的CL數(shù)據(jù)如圖46所示。圖46 CL數(shù)據(jù)顯示 MASTERCAM中仿真加工(1)MASTERCAM多軸加工MASTERCAM的多軸加工功能，為零件的加工提供了更多的靈活性，應(yīng)用多軸加工功能可方便、快速地編制高質(zhì)量的多軸加工程序。MASTERCAM的五軸銑削方法如下：a)五軸側(cè)刃銑削(圓柱棒刀或圓錐棒刀)。b)多曲面五軸端銑加工。c)五軸銑削曲面上的曲線。d)五軸鉆孔沿曲面邊界五軸走刀，常用于在內(nèi)部真空的零件上開窗。提高加工過程中走刀速度的方法沿切向入刀或退刀。e)型腔銑削時，能使銑刀在相鄰兩條走刀路徑之間光滑過渡。f)可根據(jù)情況，自動在相鄰兩次走刀之間，產(chǎn)生園弧走刀，光滑過渡。g)用鉆銑粗加T(Plunge roughing)能快速除去毛坯上的大量余量。h)可靠的刀具路徑校驗功能。MASTERCAM可模擬切削零件的整個過程。模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況。i)通過走刀模擬，可以估算出零件加工所需的時間。對于2D刀具路徑，MASTERCAM還提供了更準(zhǔn)確、直觀的校驗方法。(2)加工參數(shù)管理及優(yōu)化工具a)有時，刀具路徑中會有多條極短的直線走刀指令(G01)，或有重復(fù)的直線走刀指令。在保證編程精度的前提下，MASTERCAM的程序優(yōu)化器r(Filter)會自動把這些指令轉(zhuǎn)化為一條直線指令或一條圓弧指令，大大減小了加工程序的長度。b)MASTERCAM能自動生成加工程序清單。清單的格式可根據(jù)用戶要求修改。c)刀具路徑產(chǎn)生后，MASTERCAM仍能分別定義刀具路徑的進(jìn)刀和退刀矢量(Entry＼Exit Vector)，控制刀具切入工件或退出切削。d)可以對刀具路徑作各種變換，如平移、旋轉(zhuǎn)、鏡像等。也可以對刀具路徑作復(fù)制、剪切、粘貼、合并等操作。e)MASTERCAM可根據(jù)刀具庫和材料庫中的數(shù)據(jù)，自動計算進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速。用戶也可以根據(jù)需要，修改刀具庫和材料庫中的數(shù)據(jù)。f)使用系統(tǒng)中的刀具平面(Tplane)、刀具原點(Tool Origin)功能，可在不同的方向、不同的位置設(shè)置工件坐標(biāo)系，特別適合帶有轉(zhuǎn)動工作臺的加工中心編程。g)可以用一個旋轉(zhuǎn)軸替代x軸或Y軸，把刀具路徑繞在園柱面上，加工園柱面上的溝槽。MASTERCAM隨系統(tǒng)帶有幾百種標(biāo)準(zhǔn)后置文件。用戶可以從后置文件庫中選擇需要的后置文件，也可根據(jù)具體的機(jī)床結(jié)構(gòu)編寫專用后置文件。(3)文件管理及數(shù)據(jù)交換MASTERCAM軟件提供了管理文件所需要的常用工具，如文件的存取、刪除、更名、多個文件鏈接等。用戶不必退出MASTERCAM系統(tǒng)，就能有效地管理各類文件。MASTERCAM的數(shù)據(jù)交換功能安全可靠。它不僅能夠利用眾多的文件格式與其它CAD／CAM系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，而且交換的文件類型非常廣泛。簡單的如整數(shù)、實數(shù)，復(fù)雜的如有界曲面(Bound Surface)、實體(Solid)等。MASTERCAM內(nèi)置的文件轉(zhuǎn)換器有：IGES、ACIS、DXF、CADL、VDA、STL和ASCII文本， 也提供DWG文件轉(zhuǎn)換器。MASTERCAM軟件有較強(qiáng)的數(shù)控加工仿真能力，并且其多軸加工模塊能適應(yīng)多種類型的零件加工，現(xiàn)在利用MASTERCAM軟件實現(xiàn)具體的刀具路徑顯示和仿真加工動態(tài)演示。為加工創(chuàng)建工件毛坯，繪制工件邊界盒如圖47所示。圖47 創(chuàng)建工件毛坯繪制邊界盒選擇合適的機(jī)床類型為“銑床”，刀具路徑選擇“多軸”，選擇合適的加工曲面類型，并對各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，界面如圖48所示。圖48 刀具路徑類型選擇與參數(shù)設(shè)置設(shè)置完各項參數(shù)之后，生成刀具路線，屏幕顯示效果如圖49所示。圖49 刀具路徑顯示效果圖進(jìn)行數(shù)控加工仿真，曲面加工效果如圖410所示.圖410 仿真加工曲面 后處理與 NC 代碼生成根據(jù)加工路徑數(shù)據(jù) CL 文件生成相應(yīng)的控制加工 NC 代碼，一般稱為后置處理，即將加工路徑中的幾何要素翻譯成 NC 控制代碼中對應(yīng)的走刀動作，以及加工環(huán)境中加工設(shè)備的設(shè)定要素，增加機(jī)床動作控制代碼。定義—個符合自己機(jī)床要求的機(jī)床配置文件，進(jìn)入到 NC 后處理器中進(jìn)行處理程序，將前置計算的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成機(jī)床各軸運動數(shù)據(jù)，并按其指令格式進(jìn)行編碼，成為數(shù)控機(jī)床的加工程序，保存為NC格式文件。如下分別生成各加工階段的部分程序是：（1） 粗加工O1111N100 G21N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90N104 T244 M6N106 G0 G90 G54 S3500 M3N108 G43 H244 N110 N112 N114 G1 F25.N116 N118 ……N7240 G0 N7242 N7244 M5N7246 G91 G28 Z0.N7248 G28 X0. Y0. A0.N7250 M30（2） 半精加工O2222N100 G21N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90N104 T134 M6N106 G0 G90 G54 A0. S1909 M3N108 G43 H134 N110 N112 G1 N114 N116 N118 ……N5776 G0 N5778 N5780 M5N5782 G91 G28 Z0.N5784 G28 X0. Y0. A0.N5786 M30第5章 總結(jié)本文在全面分析逆向工程的基本理論、研究現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，基于三維掃描機(jī)測量的方法，以汽車后視鏡為實例，對數(shù)據(jù)獲取、點云處理及曲面重構(gòu)的全過程進(jìn)行了實際操作。并由此得出以下結(jié)論：(1)點云數(shù)據(jù)的獲取是逆向工程的基礎(chǔ)。本文介紹了數(shù)據(jù)獲取的兩大類方式:接觸式和非接觸式，并對其原理進(jìn)行了簡要的說明。(2)由于汽車后視鏡模型表面的因素、測量儀器本身的誤差及環(huán)境的影響(如震動、噪聲、光線等)，獲得的大量數(shù)據(jù)點云一般不能直接使用，必須要經(jīng)過處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法主要有去除噪音點、平滑濾波、數(shù)據(jù)精簡、數(shù)據(jù)修補(bǔ)和數(shù)據(jù)分塊等。可以單獨使用某一種數(shù)據(jù)處理方法，也可以多種數(shù)據(jù)處理方法交叉使用。通過對點云數(shù)據(jù)的分析、合理的選擇數(shù)據(jù)處理方法，可以使大量雜亂無章的點云數(shù)據(jù)的曲面特征易于識別，為后續(xù)的曲面重構(gòu)做好充分的準(zhǔn)備。(3)曲面重構(gòu)是逆向工程的核心。本文介紹了曲面擬合重構(gòu)的基礎(chǔ)理論，并運用Geomagic Studio軟件對曲面進(jìn)行修改和重構(gòu)。(4)如果使用傳統(tǒng)曲面造型方式需要大量時間的投入和熟練技術(shù)人員的操作。而快速曲面造型方式的引入正是為了克服上述的問題。但是，快速曲面造型方式也存在一些不足，就是曲面片之間難以實現(xiàn)曲率的連續(xù)性，導(dǎo)致了產(chǎn)品在制造應(yīng)用上受到了限制。(5)通過對Pro/E、Geomagic、MASTERCAM軟件重構(gòu)的實際操作經(jīng)驗，可以看出這三個軟件的一些優(yōu)缺點：①Pro/E軟件具有參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點。使用Pro/SCANTOOLS，可以通過掃描數(shù)據(jù)建立曲面，并維持曲面和Pro/E的所有其他模塊的關(guān)聯(lián)性，而且還可以重新定義輸入的曲面，重構(gòu)曲面的光順性好，但是對技術(shù)人員的要求較高，否則很難重構(gòu)出光滑的曲面；②Geomagic軟件是典型的快速曲面造型軟件，能夠快速對點云進(jìn)行預(yù)處理，三角網(wǎng)格化，四邊曲面片化，最后自動擬合成NURBS曲面。擬合偏差也較小，對于生成復(fù)雜特征型面流程效率較高，但不足之處在于，其擬合的曲面曲率連續(xù)性不好，造成曲面光順性下降，曲面質(zhì)量一般；③MASTERCAM軟件具有強(qiáng)大、穩(wěn)定、快速的功能，其可靠刀具路徑校驗功能使MASTERCAM可模擬零件加工的整個過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查出刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況，真實反映加工過程中的實際情況。它能同時提供適合目前國際上通用的各種數(shù)控系統(tǒng)的后置處理程序文件。以便將刀具路徑文件（NCI）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的CNC控制器上所使用的數(shù)控加工程序（NC代碼）。MASTERCAM的多軸加工功能，為零件的加工提供了更多的靈活性。但是系統(tǒng)自動生成的刀具路徑并不是很理想，與實際加工有一定差距。在實際工程應(yīng)用中，如果靈活地將這三個軟件有機(jī)地結(jié)合起來應(yīng)用，并且根據(jù)實際情況，合理的搭配使用，就能很大地提高工作效率，而且能生成更高精度、高光順的曲面及加工表面。(6)逆向工程技術(shù)大大地減少了產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的周期，同時減少了材料浪費的不足。仿真加工則能快速地仿真零件的加工過程，最后通過對模擬實物與源實物的對比分析，來進(jìn)一步改善，如此反復(fù)最終得到滿意的設(shè)計方案，整個周期用時明顯縮短，效率顯著提高。致 謝本設(shè)計和論文是在高東強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在做本課題的整個過程中，高東強(qiáng)老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、誨人不倦的高尚品德、對學(xué)科前沿敏銳的洞察力和觀察力令我非常的敬佩，并促使我在未來的人生旅途中不斷地奮發(fā)努力、積極進(jìn)取。在此，向高老師致以最誠摯的感謝！本課題的完成，得到了林歡、弋江淼兩位研究生師姐的大力支持與幫助，在做本課題過程中與我進(jìn)行交流并提出了寶貴的意見和建議，在此對她表示衷心的感謝。感謝本學(xué)院為本課題提供了三維掃描機(jī)。最后，謹(jǐn)向百忙中抽出寶貴時間評審本論文的各位專家、老師致以最誠摯的謝意！參 考 文 獻(xiàn)[1][J]..(3031).[2][D]. .[3][D].華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文, .[4][D]..[5][D]..[6][D]..[7][D].[8][D]..[9][D]..[10]張國亮. Pro/ENGINEER中文野火版逆向工程專家實例精講[M]..[11]何滿才. MASTERCAM X基礎(chǔ)教程[M]. .