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基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术分析

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年2月作者：于阳

[导读] 本文主要是对当前数字化时代下科技控制技术相关内容的研究和分析，从逆向工程及其技术下的数控加工着手，对基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术展开深入分析，重点分析了数字化扫描技术、数据预处理技术、重构CAD模型技术，以及利用CAM生成数控加工刀具轨迹技术，希望可以为推动我国现代工业技术更好发展提供一定助力。

广东省中山市中等专业学校于阳 528458

摘要：本文主要是对当前数字化时代下科技控制技术相关内容的研究和分析，从逆向工程及其技术下的数控加工着手，对基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术展开深入分析，重点分析了数字化扫描技术、数据预处理技术、重构CAD模型技术，以及利用CAM生成数控加工刀具轨迹技术，希望可以为推动我国现代工业技术更好发展提供一定助力。
关键词：逆向工程；复杂曲面；数控加工；加工技术
        在市场竞争愈加激烈的今天，要想在降低成本的基础上提升生产效率和质量，以此增强自身企业的竞争力和收益，就需要相关企业技术人员能够够对逆向工程及其基础下的数控加工技术有所了解，尤其是基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术，以此更好地扩展自身实力，使得自身能够在激烈地市场竞争中脱颖而出。
        一、逆向工程及其基础下的数控加工
       （一）逆向工程的概念
        所谓逆向工程，从字面理解就是反向工程，其是由精密测量和质量方面的检验衍生而来，该工程设计思路以“自下向上”为主。
        从广义角度解读逆向工程，其属于一门跨科学、跨专业的工程体系，是对相关先进技术的吸收和消化，所包含的内容众多。例如，相关技术人员在对产品进行正向分析时，主要是对产品的实际需求进行评估，并依据产品的设计概念设计生产图纸，最后在CAD模型协助下对产品设计进行最终评估；而从逆向工程着手，其与正向分析正好相反，首先是对产品实物模型各数据信息的分析，然后借助逆向软件，对产品的最初设计意图、需求等信息进行挖掘，最终将其恢复到原始设计参数中[1]。
       （二）逆向工程基础下的数控加工探讨
        基于逆向工程的数控加工方法，目前较为常见的主要有三类，即数字化测量与加工一体化、利用CAD/CAM系统生成CAD模型和NC加工程序，以及生成STL格式模型文件进行快速原型制造。
        在上述三类数控加工方法中，第一类方法主要是对产品各参数的整体测量；第二类方法主要是对测量数据的转化，将其转化为系统所需模型参数的格式；第三类方法主要是对产品的快速还原制造。而要想实现逆向工程，以上三类加工方法缺一不可。
        二、基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术分析
        基于上述对逆向工程及其基础下的数控加工介绍，本文将重点分析基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术中的数字化扫描技术、数据预处理技术、重构CAD模型技术，以及利用CAM生成数控加工刀具轨迹技术[2]。具体如下：
        （一）数字化扫描技术
        在对数据进行采集的过程中，主要采用了接触式采集方法和非接触式采集方法，这两种方法也是基于逆向工程下复杂曲面数控加工关键技术。
        对于接触式采集测量技术，其主要是由点位触发方式和连续式数据采集组成。而在这两种方式中，点位触发式操作起来更加快捷，但是细化方面并不充分，而且数字化程度也不是很高，所以比较适用于一些小规模测量，比如零件表面形状及规格的测量等；关于连续式数据采集，其在进行数据采集的过程中更加精准、细致、迅速，所以比较适用于多种大规模数据采集工程。但是需要注意，虽然接触式测量方法在实际操作中具有诸多优势，但是其也存在一些缺陷，比如测量时会产生接触压力，也就表示测量结果存在一定误差，尤其是一些小零件的测量，误差相对较大一些。
        对于非接触式测量，也就是在测量的过程中不与被测量物体表面相接触，能够大大提升测量的准确性。同时，该种测量方式有电、磁场等作为数据传递载体，使得整体测量效率又一次提升。将其与接触式测量技术进行比较，该种测量方式的优势更突出，能够满足各种不同需求的工程测量需求[3]。
        除了上述两种扫描技术以外，随着现代科技的不断发展，断层扫描测量技术应时而生，该种技术的出现对上述两种技术不能实现的工程测量进行了弥补，大大提升了逆向工程运行效率。
        （二）数据预处理技术
        在对数据进行处理时，数据测量的结果是否准确与其测量环境等因素有着密切关系，因此也就需要相关技术人员能够对各类因素进行积极消除，以此大大提升数据测量的精准度。
        在此背景下，需要相关技术人员能够对数据预处理技术有一个全面认识，要能够在进行数据测量之前，对可能存在的影响测量因素进行剔除，并对测量数据进行适当补充，或者将误差较大的一项删除，以此确保数据结果更加精确，为后续对数据的分类、统一等提供保障。
        （三）重构CAD模型技术
        基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术中，重构CAD模型技术可以说是核心技术之一，主要体现在复杂曲面数控加工的三个阶段[4]。
        1、曲面重建的点阶段
        该阶段属于复杂曲面数控加工的关键环节，其中有很多的无用点，需要相关技术人员能够将其删除干净。
        基于此，为了能够在最短时间内实现这一目标，相关技术人员对重构CAD模型技术进行了充分利用，将过多的无用点构成点云，对其进行批量处理，不但节省了大量时间，而且也能够提升整体工作效率，最终将点云数据导入到Geomagic Studio中，实现最后的封装。
        2、三角网格（封装）阶段及多边形阶段
        该阶段主要是对多余，以及一些不精确点的处理，以此达到所需标准，最后再利用“填充孔”的方式，对不同半径曲率的孔进行优化填充。
        经过上述处理后，四边形曲线模型的构造也会更加容易，可见该环节在曲面数控加工中的地位。
        3、曲面阶段
        在此阶段，主要是通过对四边形边界的构建规划，实现对重叠部分的删减，以此确保所构造的曲面模型更加精准。
        如下图1所示，为重构CAD模型示意图。

        （四）利用CAM生成数控加工刀具轨迹技术
        该技术在复杂曲面数控加工中的作用无可替代，是提升整体加工质量和效率的关键。
        关于该技术，目前较为常见的主要有两种，即截面线加工和等残留高度加工。第一种是在一种平行的平面或者是一组曲面上，将被加工的表面切除掉，以此得到一系列需要应用到的交线，最终实现曲面加工目标；第二种是在相应计算基础上，通过增加加工步距的方式实现对轨迹长度的减少，以此提升曲面加工效率[5]。
        结束语：
        在对当前产品进行开发设计和制作的过程中，基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术作为一种核心技术，对提升产品生产效率及质量具有重要意义，因此也就需要相关企业的技术人员能够在熟练掌控逆向工程及其基础下的数控加工概念技术下，对以逆向工程为基础的各项复杂曲面数控加工技术进行更加深入的研究和分析，并将其运用到实际生产加工中，以此有效解决生产加工环节所出现的各类问题，大大提升相关企业的整体竞争力，为企业更好地屹立于当下市场提供保障。
参考文献：
[1]张文灼,胡孟谦,张晓娜等. 基于Geomagic的复杂曲面产品逆向设计关键技术研究[J]. 现代信息科技,2020,4(16):152-154.
[2]黄攀,周红军,,李文涛等. 基于逆向工程的曲面建模与创新设计[J]. 塑料科技,2020,48(01):24-28.
[3]张晨亮,潘俊兵. 复杂曲面的逆向构造及五轴数控加工试验[J]. 机械研究与应用,2019,32(04):167-169.
[4]姚瑞敏. 基于逆向工程的船舶复杂曲面结构件的自动化加工技术研究[J]. 舰船科学技术,2018,40(14):61-63.
[5]廖永胜. 基于逆向工程的复杂曲面数控加工技术研究[J]. 时代农机,2018,45(02):43-44.