以控制臂為例探究復(fù)雜曲面零件逆向建模及仿真解析

[摘 要] 復(fù)雜曲面零件是機械加工制造中常見的零件類型，但是這類零件建模周期長，二次創(chuàng)新困難。為改善復(fù)雜曲面零件的建模效果，需選擇適宜的建模方式。逆向建模屬于一種基于實物樣件的CAD模型重構(gòu)技術(shù)再運用的CAM技術(shù)生成并檢查到有的路徑和數(shù)控代碼，進而完成對復(fù)雜曲面零件的加工制造，可有效縮短生產(chǎn)周期。故此，詳細開展復(fù)雜曲面的零件逆向建模和仿真，旨在提高復(fù)雜曲面零件加工的效率和加工質(zhì)量，推動制造企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

[關(guān) 鍵 詞] 復(fù)雜曲面；零件；逆向建模；仿真

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）20-0151-01

機械制造過程中，復(fù)雜曲面零件的種類較多，為保障復(fù)雜曲面零件的生產(chǎn)，需展開對復(fù)雜曲面的有效建模，常規(guī)建模的周期較長，且零件的二次優(yōu)化和創(chuàng)新效果不理想。借助復(fù)雜曲面的零件逆向建模，可完成對復(fù)雜曲面零件加工的模擬與仿真。但是，實際的復(fù)雜曲面零件逆向建模中應(yīng)用存在理解不清、應(yīng)用不明的情況，制約逆向建模的效果，亟須改進與完善。基于此，本文以某一型號控制臂為例，對具體復(fù)雜曲面的零件逆向建模展開研究，并對具體的仿真進行闡述，內(nèi)容如下。

一、逆向建模研究

復(fù)雜曲面的零件具有加工困難和設(shè)計周期長的特點，在實際的復(fù)雜曲面零件加工中，可借助逆向建模的方式。所謂逆向建模主要是借助實際的復(fù)雜曲面零件，對其進行實物CAD建模，再借助CAM技術(shù)對具體的走刀路徑和數(shù)控代碼進行研究，從而獲取復(fù)雜曲面零件的具體加工方式。逆向建模中，需要對各類關(guān)鍵技術(shù)進行應(yīng)用，提升建模效果，常見的關(guān)鍵技術(shù)有：

（一）數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理技術(shù)

借助測量設(shè)備對實物零件的數(shù)據(jù)進行采集，并得到數(shù)據(jù)點的三維坐標值。再借助去雜、降噪等方式，實現(xiàn)對原始點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

（二）曲面重構(gòu)技術(shù)

選擇有效的數(shù)據(jù)分割方法，擬合多個曲面片，完成曲面模型的完整構(gòu)建。

（三）CAD模型重構(gòu)

實現(xiàn)實物的CAD模型構(gòu)建，囊括實物的全部結(jié)構(gòu)、動態(tài)特性和力學(xué)特征等。

二、復(fù)雜曲面的零件逆向建模

為探究分析復(fù)雜曲面的零件逆向建模，本次研究選取某型號的控制臂為例，對其具體的逆向建模進行研究闡述，內(nèi)容如下。

（一）控制臂零件的CAD模型重構(gòu)

控制臂的零件屬于復(fù)雜曲面零件，具體控制臂的零件CAD模型重構(gòu)，主要是從點云信息獲取開始，運用三坐標測量機，展開對控制臂零件的掃描，再選擇Imageware軟件完成對云點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理。此外，UG軟件與Imageware軟件具有較好的數(shù)據(jù)共享性能，UG可以直接完成數(shù)據(jù)文件的讀取。再借助UG軟件的三維建模功能，實現(xiàn)CAD的模型重建。

1.在Imageware軟件的支持下，展開曲線架構(gòu)的創(chuàng)建，再借助點云數(shù)據(jù)的采樣和預(yù)處理后，完成對控制臂曲線架構(gòu)的創(chuàng)建。

2.曲面重構(gòu)。這部分同樣是在Imageware軟件的支持下展開，根據(jù)點云數(shù)據(jù)信息的基本情況，獲取直紋面，再運用掃描曲面的方式展開曲面重構(gòu)。

在CAD模型重構(gòu)后，需要結(jié)合具體情況，對誤差展開分析，并根據(jù)分析結(jié)果探討誤差對模型是否存在直接影響，如不影響，則可忽略。

（二）數(shù)控加工自動編程

為實現(xiàn)數(shù)控加工的自動編程，則需要對刀具、軌跡等進行研究。逆向建模，可借助CAM完成對控制臂零件具體加工方案的確定，包括刀具選型、加工余量、加工部位等內(nèi)容。完成后，在UG-CAM模塊中對加工環(huán)境進行創(chuàng)建，設(shè)計切削方式、參數(shù)等內(nèi)容，進而得到具體的刀位軌跡。再借助UG的功能，完成對刀具軌跡的轉(zhuǎn)化，使之成為數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的數(shù)控代碼。

三、復(fù)雜曲面零件逆向建模后的仿真

仿真模擬主要選擇VERICUT仿真系統(tǒng)，且由于UG軟件攜帶VERICUT模塊功能，可展開對復(fù)雜曲面零件逆向建模后的仿真。

（一）虛擬機床建立

選擇VERICUT模塊中的組件，可完成對實體機床的模擬，建立虛擬機床，對虛擬機床的參數(shù)進行初始化設(shè)計，調(diào)用相關(guān)系統(tǒng)控制文件，并檢查機床是否合格。

（二）刀具庫建立

檢查合格后，根據(jù)加工需求，對VERICUT模塊的備選刀具進行選擇，并按照數(shù)控加工自動編程的刀具需求，展開對刀具庫的建立。

（三）在VERICUT中新建項目文獻

加載機床和刀具文件，添加毛坯，調(diào)入數(shù)控加工自動程序，對工作原點進行設(shè)計，進而完成對控制臂加工的仿真模擬。

完成后，對控制臂的仿真結(jié)果與實物的數(shù)據(jù)參數(shù)進行比較，確認合格，說明零件逆向建模符合復(fù)雜曲面零件生產(chǎn)需求。

總之，研究復(fù)雜曲面零件逆向建模的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)，再對具體逆向建模中CAD模型重構(gòu)和數(shù)控加工自動編程進行研究，最后運用VERICUT仿真系統(tǒng)對其進行加工制造仿真，并得到仿真的結(jié)果符合設(shè)計要求，確保逆向建模符合復(fù)雜曲面零件生產(chǎn)要求。

參考文獻：

[1]常影，明哲，張秀芳，等.復(fù)雜曲面的零件逆向建模及其仿真分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2016（3）：61-63.

[2]黃斌達.復(fù)雜曲面零件的逆向建模、數(shù)控加工及仿真的研究[D].南昌航空大學(xué)，2011：25-26.