薄殼零件反求加工

鄭紹蕓

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東韶關(guān) 512126）

0.引言

2017年全國職業(yè)院校技能大賽廣東省選拔賽“三維建模數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”項(xiàng)目的比賽加工要求根據(jù)已有實(shí)體模型如圖1所示，完成直升機(jī)外殼（右側(cè)）的測(cè)繪及曲面反求；在反求曲面的基礎(chǔ)上，完成直升機(jī)外殼的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，加工制造其中直升機(jī)外殼（右側(cè)）的金屬樣品，壁厚為2mm。需要解決的問題主要以下幾個(gè)方面。

圖1 直升機(jī)右外殼模型

（1）零件大部分為自由曲面，不利于標(biāo)志點(diǎn)粘貼，數(shù)據(jù)采集也有一定的難度；

（2）曲面反求過程當(dāng)中需要注意曲面創(chuàng)建的質(zhì)量很多高，如做不到光順，面與面之間的銜接光順，在鏡像后有可能出現(xiàn)不能加厚的問題；

（3）因?yàn)橹鄙龣C(jī)外殼是一個(gè)薄殼類零件（壁厚為2mm），采用三軸數(shù)控銑床加工有一定的難度。

1.掃描技巧

由于三維天下Win3DD三維掃描儀需要借助三個(gè)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的拼接，為了方便數(shù)據(jù)的前后兩面的拼接，我們需要在工件上粘貼標(biāo)志點(diǎn)或者借助轉(zhuǎn)盤上貼的點(diǎn)進(jìn)行拼接，標(biāo)志點(diǎn)不能貼在特征上，以免標(biāo)志點(diǎn)因?yàn)樘卣髟蜃冃卧斐蓲呙鑳x不能識(shí)別，而且把標(biāo)志點(diǎn)粘貼在特征上也會(huì)對(duì)后期數(shù)據(jù)處理造成難度，同時(shí)我們還要注意不要把標(biāo)志點(diǎn)粘貼成同一直線、等邊三角形、等腰三角形，以免在拼接過程中出現(xiàn)拼接錯(cuò)誤[2]。

掃描工件正面的時(shí)候，在轉(zhuǎn)盤上粘貼標(biāo)志點(diǎn)，在掃描的過程當(dāng)中通過盤上的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行拼接的同時(shí)，要掃描到工件上的三個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤直到掃完整正面的數(shù)據(jù)。

將轉(zhuǎn)盤翻轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)盤另一面貼上另一組的標(biāo)志點(diǎn)，并將工件翻轉(zhuǎn)，在工件反面后第一次掃描時(shí)應(yīng)注工件上的三個(gè)標(biāo)志點(diǎn)一定要全部被掃描儀所識(shí)別，否則數(shù)據(jù)將無法拼接或者拼接錯(cuò)誤，然后借助轉(zhuǎn)盤上的點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)拼接，直到完全掃描完整。

2.數(shù)據(jù)處理、反求技巧

對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行著色，點(diǎn)擊著色，著色點(diǎn)云。其作用是對(duì)直升機(jī)外殼點(diǎn)云數(shù)據(jù)著色，在點(diǎn)云上開啟照明和彩色效果，以幫助觀察幾何形狀是否合理完整。

反求過程中許可偏差決定了擬合面片與所選領(lǐng)域數(shù)據(jù)的最大偏差，決定了面片的偏差精度；而平滑級(jí)別決定了，擬合面片的光順程度。許可偏差和平滑是一對(duì)矛盾，許可偏差越小擬合面片偏差越小，但是面片相對(duì)不太光滑；而平滑越大，面片越光滑，但是面片偏差會(huì)相對(duì)增大。由于擬合出來的面片兩兩之間是分開的，我們可以通過修剪面片然后兩兩面片之間放樣的方式來把零碎的面片成為一個(gè)整體，我們可以在草圖上畫直線以作為投影線用以修建曲面，通過選擇與直線同側(cè)的曲面，以直線為工具對(duì)象為曲面，保留與直線同側(cè)的曲面。修剪后得出如下圖2所示曲面。然后通過實(shí)體放樣后曲面如圖3所示。

圖2 放樣

圖3 修剪

3.直升機(jī)外殼加工技巧

薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門，具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。但壁厚相對(duì)較薄、剛性差、強(qiáng)度弱，給加工帶來了各種技術(shù)上的問題這樣增大了加工的難度，主要考驗(yàn)操作者對(duì)加工工藝的理解程度和對(duì)裝夾位置的設(shè)計(jì)。做到如何防止變形，從而達(dá)到零件圖紙各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和穩(wěn)定性的要求。這里利用直升機(jī)飛機(jī)后翼與舷窗部分設(shè)計(jì)夾位，利用夾位可以更加方便快捷的加工直升機(jī)外殼的正面，在保證能夠完整加工出直升機(jī)外殼的同時(shí)也防止了直升機(jī)外殼加工時(shí)的變形。在編程時(shí)合理的運(yùn)用刀具幾何參數(shù)和程序的編程能夠更好的克服加工過程中出現(xiàn)的變形問題，保證加工精度[3]。

（1）夾正面，銑底面，去除底面余量，將設(shè)計(jì)好夾位銑出來，同時(shí)精光底面曲面至于尺寸要求；

（2）如下圖4所示，夾底面兩夾位，對(duì)正面曲面進(jìn)行開粗，同時(shí)精光正面曲面至于尺寸要求；

圖4 開粗

（3）如下圖5所示，銑去夾位1，銑去夾位2。

圖5 精銑

4.結(jié)語

逆向工程是一門新的再造技術(shù)，用于只有樣品或?qū)嵨锬Ｐ?，沒有產(chǎn)品圖紙的條件下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制造。由于有實(shí)際的模型參與各種試驗(yàn)，因此得到的結(jié)果相對(duì)于概念化推算和電腦虛擬模擬更接近真實(shí)，從而能迅速找到并確定產(chǎn)品的正確形態(tài)，能起到降低開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的作用。目前我國制造業(yè)進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，這必然對(duì)掌握現(xiàn)代制造技術(shù)的技術(shù)人才形成了巨大需求，因此，只有通過探索與實(shí)踐，才能很好掌握這門技術(shù)。