基于UG軟件小熊模型的逆向設(shè)計(jì)及模型加工

王如軍

【摘 要】本文介紹了基于UG軟件的小熊模型的逆向設(shè)計(jì)及模型加工，重點(diǎn)闡述通過現(xiàn)有的零件實(shí)物原型，利用逆向工程的三維測量，求出零件的三維數(shù)據(jù)。再應(yīng)用UG軟件，在計(jì)算機(jī)上生成實(shí)物模型，從而進(jìn)行零件加工。

【關(guān)鍵詞】逆向工程；曲面造型；數(shù)控加工

中圖分類號(hào)： TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）34-0153-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.063

Reverse Design and Model Processing Based on UG Software Cubs Mode

WANG Ru-jun

（Suzhou Institute of Technicians，Suzhou Jiangsu 215000，China）

【Abstract】This paper introduces the reverse design and model processing of the bear model based on UG software. It focuses on the 3D measurement of the parts by using the existing physical prototype of the parts and the three-dimensional measurement of the reverse engineering to find the three-dimensional data of the parts. UG software is applied to generate physical models on the computer to process parts.

【Key words】Reverse engineering；Curved surface modeling；CNC machining

0 引言

傳統(tǒng)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)通常是從概念設(shè)計(jì)到圖樣，再制造出產(chǎn)品，我們稱之為正向工程（或順向工程），而產(chǎn)品的逆向工程是根據(jù)零件（或原型）生成圖樣，再制造產(chǎn)品或作為其它設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。它是一種以先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物、樣件、軟件（包括圖樣、程序、技術(shù)文件等）或影象（圖象、照片等）作為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法學(xué)、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究、探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而發(fā)出同類的更為先進(jìn)的技術(shù)，是針對消化吸收先進(jìn)技術(shù)采取的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)結(jié)合。逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成：產(chǎn)品實(shí)物幾何外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造。

下面以小熊模型為例，簡單介紹逆向設(shè)計(jì)以及模型加工的過程。

1 數(shù)據(jù)獲取

工作步驟如下：

①根據(jù)用戶提供的樣品和具體要求，分析樣品需要重點(diǎn)測量的部分。

②采用合適的數(shù)字化量測儀器，常用的數(shù)字化設(shè)備有三坐標(biāo)測量機(jī)、數(shù)控仿形機(jī)床、專用數(shù)字化儀、激光追蹤站和掃描儀等。

③確定測量力方案。

④輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)陣。

零件原始圖形如圖1。測量區(qū)域的劃分，既要便于測量，又要便于今后建立數(shù)學(xué)模型。觀察分析后發(fā)現(xiàn)，小熊模型大致可分為以下幾個(gè)區(qū)域：

（1）小熊頭部

（2）小熊腿部

（3）小熊肚子

（4）小熊側(cè)面

（5）小熊臉部特征

（6）小熊凸緣部分

小熊零件為對稱件，故只需掃描一半，這就大大減少了工作量，但是為了便于今后的造型，測量時(shí)應(yīng)該超過小熊模型對稱中心線，而且測量是采用交叉測量，這樣能更好的擬合曲面便于以后的造型。圖2所示為掃描后的點(diǎn)云圖，為了更好的識(shí)別點(diǎn)屬于那個(gè)圖層，方便我們自己造型，我們可以把各個(gè)圖層分別設(shè)置顏色，并將文件以IGES數(shù)據(jù)格式。

2 三維造型

三維造型采用的是UG4.0做為三維造型軟件。

2.1 點(diǎn)云導(dǎo)入

首先將三坐標(biāo)測量所得的數(shù)據(jù)用IGES轉(zhuǎn)換到UG能夠打開的文件，用UG打開此文件時(shí)桌面顯示的是被測體表面上的眾多個(gè)點(diǎn)，如圖3所示。

打開UG程序→文件→新建→輸入文件名“xiaoxiong”→確定→文件→導(dǎo)入→IGES→彈出“導(dǎo)入IGES”對話框→選擇IGES文件→以IGES格式選中“XIAOXIONG”→確定。

2.2 擬合樣條線

起始→建?！扒€”工具條→樣條→彈出“樣條”對話框→類型“通過點(diǎn)”、→確定，選擇 “點(diǎn)構(gòu)造器”→類型“存在點(diǎn)”，選擇要擬合的點(diǎn)→確定。

連接出構(gòu)造網(wǎng)格曲面需要的線段，這樣重復(fù)上面的步驟，當(dāng)主線造好后，重復(fù)以上的步驟直到全部的點(diǎn)擬合完成。

橫越線是通過構(gòu)造輔助平面，運(yùn)用線與面的交點(diǎn)來創(chuàng)建橫越線

點(diǎn)擊→→“平面”對話框中→選擇→彈出“點(diǎn)構(gòu)造器”對話框→類型“存在點(diǎn)”、選擇需要的點(diǎn)→確定。

再點(diǎn)擊“曲線”工具條→樣條→彈出“樣條”對話框→類型“通過點(diǎn)”、→確定，選擇 “點(diǎn)構(gòu)造器”→類型“交叉點(diǎn)”、選擇要擬合的點(diǎn)→確定。通過這種方法將要?jiǎng)?chuàng)建的曲線都畫好， 如圖4所示。

再點(diǎn)擊“曲面”工具條→網(wǎng)格曲面→彈出“通過曲線網(wǎng)格”對話框→主線選兩條，橫越線選四條，如下圖，→確定。通過這種方法將要?jiǎng)?chuàng)建的曲面都畫好，如圖5所示。

2.3 無測量點(diǎn)的曲面構(gòu)造

在測量過程中，不可能測量到小熊的每一個(gè)角落，所以在一些沒有點(diǎn)云的地方需要自己去構(gòu)造，點(diǎn)擊“剖面曲線”→彈出“剖面曲線”對話框→點(diǎn)擊“平行平面，選擇剖切對象，設(shè)置好參數(shù)，就可以生成許多剖切線， 在點(diǎn)擊“曲線”工具條→橋接→選擇第一條線，在選擇第二條線，確定.在點(diǎn)擊“曲面”工具條→網(wǎng)格曲面→彈出“通過曲線網(wǎng)格”對話框→主線選兩條，橫越線選四條，如下圖，→確定。通過這種方法將要?jiǎng)?chuàng)建的曲面都畫好， 如圖6所示。

2.4 縫合曲面

用將所有曲面縫合成片體。各個(gè)塊塊的曲面生成以后，用縫合的方法將所有曲面連成一體，這樣半個(gè)小熊的片體模型就已經(jīng)生成了。然后點(diǎn)擊然后選擇“編輯”里的“變換”，桌面彈出對話筐，點(diǎn)“選擇所有的”即出現(xiàn)另一對話筐，選擇“通過一平面鏡像”有彈出下一對話筐，選擇三點(diǎn)構(gòu)成一平面又彈出下一對話筐，選擇截面三個(gè)任意點(diǎn)即可。

注意：對于對稱產(chǎn)品我們要“做過頭、往回砍、中間做橋接”這樣才能做到盡量光滑，沒有缺陷。完成鏡像操作以后小熊片體模型即已形成。中間部分用橋接功能，將其生成網(wǎng)格曲線，在創(chuàng)建曲面的時(shí)候要運(yùn)用G1，是創(chuàng)建的曲面能夠光滑過渡。再用縫合功能將所有曲面縫合成實(shí)體。上面做好后，可以通過手工測量繪制小熊的臉部輪廓，再運(yùn)用拉伸功能。再運(yùn)用“求和”將小熊合并成一個(gè)實(shí)體。如圖7所示。

3 自動(dòng)編程及加工

3.1 創(chuàng)建加工程序

3.1.1 在起始→“加工”→彈出“加工環(huán)境”對話框→選擇“cam general”“mill contour”→確定。

3.1.2 建立加工坐標(biāo)系，加工部件，毛坯：

應(yīng)用→加工→操作導(dǎo)航器→幾何視圖→MCS-MILL→編輯加工坐標(biāo)系→操作導(dǎo)航器→幾何體→WORKPIECE→編輯加工部件→操作導(dǎo)航器→幾何體→WORKPIECE→編輯毛坯160*160*60。

3.1.3 添加刀具：創(chuàng)建刀具組→刀具名稱（F16，R5，R2）→確定→編輯刀具直徑（16mm，10mm，4mm）→確定。

3.1.4 創(chuàng)建加工操作：

①粗加工：加工→創(chuàng)建操作→設(shè)置類型參數(shù)為MILL_CONTOUR→程序?yàn)镹C_PROGRAM→使用幾何體為WORKPIECE→使用刀具為F16→使用方法為MILL_ROUGH→名稱為CAVITY_MILL→選擇切削區(qū)域→每刀切入深度為2mm→切削余量0mm→確定→生成→顯示后暫停去掉→確認(rèn)→2D動(dòng)態(tài)→播放→比較→確定。如圖8所示。

②半精加：工加工→創(chuàng)建操作→設(shè)置類型參數(shù)為MILL_CONTOUR→CONTOUR_AREA→程序?yàn)镹C_PROGRAM→使用幾何體為WORKPIECE→使用刀具為R5→使用方法為MILL_FINISH→名稱為CAVITY_MILL→確定→編輯參數(shù)→百份比10→圖樣徑像線→切削類型ZIG→確定→在切削參數(shù)里將毛坯余量設(shè)成-0.8確定→生成→顯示后暫停去掉→確認(rèn)→2D動(dòng)態(tài)→播放→比較→確定。③精加工：加工→創(chuàng)建操作→設(shè)置類型參數(shù)為MILL_CONTOUR→CONTOUR_AREA→程序?yàn)镹C_PROGRAM→使用幾何體為WORKPIECE→使用刀具為R2→使用方法為MILL_FINISH→名稱為CAVITY_MILL→確定→編輯參數(shù)→百份比10→圖樣徑像線→切削類型ZIG→確定→在切削參數(shù)里將毛坯余量設(shè)成0→確定→生成→顯示后暫停去掉→確認(rèn)→2D動(dòng)態(tài)→播放→比較→確定。

3.2 生成加工程序

點(diǎn)擊工具條→“后處理”→彈出“后處理”對話框→可用機(jī)床“MILL-3AXIS”、→單位“公制部件”，→確定。即可以生成加工程序。

3.3 模型加工

最后用DNC在線傳輸程序加工小熊的零件：加工零件與實(shí)物原型如下圖9和圖10所示。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，使用三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行三維掃描，獲得產(chǎn)品三維點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，利用UG軟件強(qiáng)大的三維造型和NC后處理功能進(jìn)行產(chǎn)品制造，可以大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造周期，更加有效地提高產(chǎn)品的競爭能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王霄等.逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]張洪威.UG NX 高級(jí)應(yīng)用指南.中國水利電出版社，2006.