自20世紀80年代走出低谷以后，制造業(yè)一直是各主要經(jīng)濟體的支柱產(chǎn)業(yè)。改革開放以來我國的制造業(yè)突飛猛進，很快成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)。但是我國的制造業(yè)面臨著技術(shù)落后、產(chǎn)品無更新的囿景。進入新世紀，隨著各大企業(yè)積極引進技術(shù)，我國制造業(yè)的水平明顯提升，中國制造得到了全世界的認可。逆向工程技術(shù)是目前制造業(yè)比較前沿的技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、醫(yī)療、家電等領(lǐng)域，市場前景極為廣闊，在成品更新和設(shè)計思想新思維方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。本文將介紹逆向工程技術(shù)在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用，主要介紹逆向工程的原理、應(yīng)用概況和數(shù)字化掃描、產(chǎn)品建模等技術(shù)。

1 逆向工程的應(yīng)用概況

　　逆向工程是目前比較前沿的技術(shù)，它的應(yīng)用和領(lǐng)域非常廣泛，比如汽車、電子、醫(yī)療等等，從實際效益上看也是相當?shù)暮�。逆向工程的�?yīng)用大體上可分為以下幾種情況。首先，逆向工程被運用于一些貴重藝術(shù)品和元件的修復(fù)或復(fù)制品制造，這也是它最初被使用的領(lǐng)域。修復(fù)中不需要對整個實物進行修復(fù)，而是利用逆向工程技術(shù)提取出原始元件的設(shè)計思維，利用這種思想指導(dǎo)復(fù)制或修復(fù)工程。簡單說，就是由實物逆向推出設(shè)計思想的一個過程，推理處的設(shè)計思想將被用于其它產(chǎn)品，這也是設(shè)計思想的一種更新方式。另一種是產(chǎn)品設(shè)計，當設(shè)計人員遇到?jīng)]有圖紙或設(shè)計圖紙不完整，也沒有CAD模型時，可以對零件進行實際測量，以此來形成設(shè)計圖紙和CAD模型，并最終生成數(shù)控加工的NC代碼，這樣就復(fù)制出一個零件來。逆向工程一般是運用在這種沒有設(shè)計的源文件，需要通過實際測量來定型制作模型的場合。這時通常零件都具有復(fù)雜的外觀，比如一些復(fù)雜的曲面，棱角等等，最終的實驗?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計這類零件及反求其模具的依據(jù)。另外，一些對美學(xué)設(shè)計要求高的領(lǐng)域也會采用逆向工程技術(shù)，主要是因為在電腦上的縮略圖不能真實的反映出設(shè)計效果，而制作出的模型卻可以給人以真實的感覺，比如汽車的外觀設(shè)計等。

2 逆向工程技術(shù)的原理

　　逆向工程的產(chǎn)品設(shè)計人員沒有產(chǎn)品的數(shù)據(jù)資料和圖紙，有的僅僅是實物模型，這也是逆向工程區(qū)別于其他設(shè)計的最大特點。通常的產(chǎn)品設(shè)計方式都是由設(shè)計人員在計算機中建立產(chǎn)品的視圖或者模型，在計算機中繪制圖。逆向工程不會有這樣的步驟，即便是逆向工程也需要在計算機上形成模型，它們的文件是完全不同的。逆向工程的設(shè)計流程與傳統(tǒng)的設(shè)計流程完全不同，甚至截然相反。逆向工程中，產(chǎn)品是按照實物模型來設(shè)計的，設(shè)計所需要的幾何數(shù)據(jù)，幾何特征以及技術(shù)要素都需要從實物中提取出來，進而進行再生產(chǎn)。這區(qū)別于向傳統(tǒng)的設(shè)計制造，按照零件最終所要承擔(dān)的功能以及各方面的影響因素，進行從無到有的設(shè)計，逆向工程更像是一個“從有到有”的過程。從設(shè)計之初的概念提出，到最后生成CAD模型，傳統(tǒng)設(shè)計的每一步都有明確的目標，而且是一個清晰的過程。然而，逆向工程是通過實物尋找數(shù)據(jù)和設(shè)計思路的，更像是一個推理過程，逐漸逼近的過程。逆向工程中，首先完成的就是實物的數(shù)字化，一般是采用三坐標測量機或激光掃描等較為先進的測量裝置，準確獲取實物表面點的三維坐標，然后就可以利用CAD／cAM系統(tǒng)進行三維模型的繪制，設(shè)計出客戶滿意的模型，最后生成數(shù)控加工所需要的代碼。當然也可以生成零件的圖紙，然后機械加工�；蛘呤巧�成STL文件，采用快速原型機加工。

　　圖1是逆向工程設(shè)計的原理圖。 

圖1 逆向工程設(shè)計的原理圖

3 模具加工中逆向工程技術(shù)的應(yīng)用

　　逆向工程設(shè)計的領(lǐng)域很多，被很多大型的設(shè)計所使用，但是，模具加工還是一種低成本的逆向工程。經(jīng)過精密儀器的掃描，把實物掃描到計算機上，生成模型，進行簡單修改后生成數(shù)控加工所需要的NC程序，配合加工中心通訊，快速地制造出簡易模具。

　　圖2是逆向工程工藝流程圖。

圖2 逆向工程工藝流程圖

　　利用逆向工程技術(shù)實現(xiàn)模具數(shù)控加工的主要步驟有樣品進行數(shù)字化掃描，獲取實物數(shù)字信息，然后產(chǎn)品建模，并進行模擬仿真，下一步是后置處理和Nc程序的生成，最后就是數(shù)控加工。首先對產(chǎn)品進行數(shù)字化掃描，完成構(gòu)造三維模型，并進行仿真，之后即可進行工藝參數(shù)的設(shè)置(快速行刀面、刀具選擇、切削量、主軸轉(zhuǎn)速等眾多參數(shù)的設(shè)置)，然后系統(tǒng)會自動生成銑削定位NCI文件，再進行后置處理生成數(shù)控機床可以執(zhí)行的數(shù)控程序，之后要進行模擬仿真，并且與客戶進行溝通，確保無誤后就可以進行數(shù)控加工，這就是大致的工藝流程。在整個流程中，數(shù)字化掃描和產(chǎn)品建模是最為關(guān)鍵的部分，他們分別肩負著第一手數(shù)據(jù)資料的采集和產(chǎn)品的最終形成，這兩個過程要十分謹慎，否則制作的產(chǎn)品可能會有大的出入。

　　3.1 數(shù)字化掃描技術(shù)

　　所謂掃描就是采用模擬式或者是非接觸的激光掃描側(cè)頭沿著模型的表面連續(xù)掃描。采集模型表面的坐標值，通常每秒鐘可以采集十致上千點數(shù)據(jù)，然后把采集的數(shù)據(jù)存入計算機。這是整個工藝流程最初的階段，也是最為關(guān)鍵的步驟之一，它負責(zé)第一手資料的采集，數(shù)據(jù)采集的準確性和數(shù)據(jù)采集的量決定了最終產(chǎn)品的精細程度。逆向工程是一個推理的過程，～旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差較大，設(shè)計人員就很難進行推理，推理出現(xiàn)錯誤自然就不會制作出產(chǎn)品。隨著科技的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)越來越成熟，結(jié)合數(shù)控技術(shù)和制造技術(shù)的進步，市場上出現(xiàn)了很多數(shù)字化的掃描儀器，甚至是掃描系統(tǒng)。這些為數(shù)據(jù)采集的精確度打下了好的基礎(chǔ)，這也是逆向工程得以廣泛實用的基礎(chǔ)。一般的，三維表面數(shù)字化技術(shù)可分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸和非接觸的區(qū)別主要是掃描頭的工作方式，更準確的說是傳感器的工作條件所決定。數(shù)字化掃描階段一定要謹慎，采集時不能急于求成，可以進行多次采集，對比選擇最好的。

　　3.2 產(chǎn)品建模技術(shù)

　　在進行完數(shù)字化掃描以后，我們得到的是一系列的空間離散點，實物模型最初的CAD模型就要靠這些離散點來完成，利用計算機輔助幾何設(shè)計的相關(guān)技術(shù)，我們可以構(gòu)造出零件的CAD模型，這就是產(chǎn)品的建模。因為成品最終是依靠CAD模型生產(chǎn)的，所以這一階段完成了零件初步的模型設(shè)計。在CAD模型設(shè)計中，一般含有自由曲面的復(fù)雜型面，這時僅僅利用一張曲面來擬合所有數(shù)據(jù)點的辦法是不可行，這種操作過于簡單，不會生成我們想要的結(jié)果。一般的做法是，首先根據(jù)原形的特征，將測量的數(shù)據(jù)點分割成不同的區(qū)域，每一個區(qū)域擬合出一個曲面，通常這些曲面都是不同的，然后利用曲面求交和曲面過渡的方法將不同的曲面連接起來，形成一個完整的體。將所測得的三維數(shù)據(jù)有效地分割和擬合是產(chǎn)品建模的關(guān)鍵技術(shù)，這也是考驗設(shè)計人員的地方。產(chǎn)品建模是實物模型建立的最初步驟，它的完成除了需要設(shè)計人員的經(jīng)驗技巧外，所使用的軟件也是相當關(guān)鍵，好的軟件可以為設(shè)計人員節(jié)省大量時間，減小工作量。

　　目前在我國，有關(guān)逆向工程的研究與開發(fā)工作也在不少單位內(nèi)展開，如浙江大學(xué)、華中理工大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等。并取得一定的成果，如浙江大學(xué)推出了RE—SOFT軟件系統(tǒng)。計算機輔助設(shè)計軟件產(chǎn)生的模型文件輸出格式有多種，其中常見的有IGEs、HPGL、STEP、DXF和sTL等。在國際市場上，出現(xiàn)了多個與逆向工程相關(guān)的軟件系統(tǒng)，如美國PTC公PR0／ENGINEER，美國AUTODESK公司的AUTOCAD，美國SDRC公司的l— DEAS，以及美國SOLIDW 0RKS的SOLIDw 0RKS，美國EDS公司的UNIGKAPHICS，法國DASSAULT公司的CATIA等。

　　3.3 數(shù)控加工主義的問題

　　首先，數(shù)控機床工序趨向集中，所需機床數(shù)量和零件的裝夾次數(shù)減少，加工效率就高，但工序過于集中，程序過長，出錯率高，并給檢索帶來困難等。所以應(yīng)根據(jù)零件加工內(nèi)容的多少及本廠數(shù)控加工設(shè)備的具體情況靈活決定工序的集中與分散程度。其次，遵循先粗后精工藝原則，對加工剛度較小的零件，粗加工后可能發(fā)生變形，需要校形或者消除殘余應(yīng)力并在精加工中修正誤差。最后，為消除重復(fù)定位誤差的影響，提高孔系的同軸度，對于同軸度要求很高的孔系，通過連續(xù)換刀來完成該同軸孔系孔的全部加工。然后再加工其它坐標位置的孔。

4 結(jié)語

　　 制造業(yè)已經(jīng)成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，近幾年中國制造走俏國際市場，這得益于我國制造業(yè)的水平的不斷提高。逆向工程技術(shù)是目前比較前沿的制造業(yè)技術(shù)，對這種技術(shù)的掌握和發(fā)展關(guān)系到我們搶占制造業(yè)份額。模具制作在逆向工程中只是一個小的應(yīng)用，但它極大改善了模具的質(zhì)量。本文我們簡單介紹逆向工程技術(shù)的應(yīng)用概況以及它的原理，重點分析了逆向應(yīng)用技術(shù)的工藝流程，尤其是數(shù)字化掃描和產(chǎn)品建模技術(shù)，最后給出了數(shù)控加工應(yīng)該注意的幾點地方，希望能對同行有所幫助。 

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本文標題：淺析逆向工程技術(shù)在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用

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