基于逆向技術(shù)的剃毛器三維建模與數(shù)控加工

郭　晟，賴　嘯，劉　勇，劉存平

(宜賓職業(yè)技術(shù)學院，四川　宜賓　644000)

1　問題的提出

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活產(chǎn)品的需求日益趨向于多樣性，對產(chǎn)品外觀的偏愛差異性也日益顯著。一些產(chǎn)品外觀變換頻率加快，其初始的特征參數(shù)信息不容易被較長時間保存，因此，當這些變換的產(chǎn)品表面受損或失效，而又需要用到這類產(chǎn)品時，其初始的生產(chǎn)信息已丟失，此時需要利用逆向技術(shù)來進行復原修復。圖1為剃毛器外觀受損原型，這就需要通過現(xiàn)代逆向設(shè)計與制造技術(shù)來實現(xiàn)此產(chǎn)品的反求建模與修復。

圖1　表面破損的剃毛器產(chǎn)品原型

2　數(shù)據(jù)采集與點云處理

逆向技術(shù)能再現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計過程，其過程是通過離散的數(shù)字化點云經(jīng)優(yōu)化處理后構(gòu)建數(shù)字模型，在難以得到產(chǎn)品必要的生產(chǎn)信息時，通過3D掃描、數(shù)據(jù)采集及分析處理，由表面逆演出其特征參數(shù)信息，以實現(xiàn)產(chǎn)品的復原修復。

這種先進的設(shè)計手段已成為現(xiàn)代設(shè)計與制造的技術(shù)支撐，其初始步驟是獲取受損的產(chǎn)品表層信息，在此采用非接觸式的Win3DD三維掃描系統(tǒng)來采集數(shù)據(jù)，該設(shè)備獲取的產(chǎn)品表面信息精度較高，同時操作簡單、使用方便，掃描速度快，獲取的剃毛器點云數(shù)據(jù)如圖2所示。

得到數(shù)據(jù)信息后，利用專用軟件對這些離散的初始圖元數(shù)據(jù)進行處理，經(jīng)過著色、去孤點、降噪、填孔等手段后，創(chuàng)建好的剃毛器封裝文件如圖3所示。

3　逆向建模

將封裝的曲面模型導入到Geomagic DesignX逆向軟件中，通過運用繪制草圖、面片草圖、3D草圖、曲面拉伸、劃分領(lǐng)域、面片擬合、延長與剪切、曲面放樣、縫合等工藝手段，最終創(chuàng)建好曲面體，如圖4所示。

將生成的曲面體進行圓角處理，保存后導出為STL文件，創(chuàng)建出三維數(shù)字模型。

圖2剃毛器點云數(shù)據(jù)圖3剃毛器封裝文件

圖4　縫合曲面體

4　CAM自動編程加工

由于本工件產(chǎn)品毛坯為長形軸類工件，零件由復雜曲面構(gòu)成，精度要求較高，因此根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要求，采用兩面加工方式，加工時以軸圓周中心線為定位基準，一頂一夾裝夾方式，并設(shè)置4個工藝搭子，選用機用平口虎鉗來對工件固定、 夾緊及定位。使用的加工設(shè)備為三軸立式數(shù)控加工中心，應(yīng)用UG8.0中的CAM模塊進行自動編程設(shè)計，采用型腔銑來開粗，以可變輪廓銑來進行精加工及清根加工，粗加工開腔型余量為0.7 mm。

工件下半部分型腔銑粗加工刀軌及固定軸輪廓銑精加工刀軌分別如圖5及圖6所示。因上半部分刀軌較為簡單，故在此省略。

5　實物加工修復

基于逆向建模設(shè)計的三維數(shù)字化修復模型，采取在兩端設(shè)計工藝搭子對復雜曲面進行正反兩面加工，加工好后再以手工方法去除工藝搭子，加工出剃毛器復雜曲面實物，從曲面實物效果來看達到了設(shè)計要求，實現(xiàn)了該復雜曲面產(chǎn)品模型的再生修復制造，修復加工得到的工件如圖7所示。

圖5工件下半部分型腔銑粗加工刀路圖6工件下半部分固定軸輪廓銑精加工刀路

圖7　修復加工的工件

6　結(jié)語

新興的逆向技術(shù)作為最前沿的高端技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于重要零件的復原修復及新產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計中，是現(xiàn)代設(shè)計與制造企業(yè)在激烈的市場競爭中生存和發(fā)展的強力支撐。本文對剃毛器的失效表面進行了逆向建模與復原修復加工，其結(jié)果為曲面修復實現(xiàn)高精、高效、高質(zhì)提供了重要參考。

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