张芳

摘要：以花洒为例，针对复杂曲面零件在逆向制造过程中存在的问题开展研究，将复杂曲面零件的点云数据进行优化处理后，通过曲面逆向架构和曲面重构，完成逆向建模设计，再利用数控加工软件对正反两面加工工艺进行规划设计，完成对复杂曲面零件的数控加工，为复杂曲面零件的制造提供理论和实践依据。

关键词：逆向造型;曲面重构;复杂曲面;两面加工

1引言

复杂曲面零件的制造一直是加工制造领域棘手的问题，传统方法多是模具翻模制造，模具设计加工流程繁琐，且累计误差较大;逆向工程与数控自动编程的的发展为解决这个难题提供了很好的思路，并且与传统的零件加工制造相比，逆向建模与数控加工可以在前人的基础上对零件进行创新，并将现有的零件产品作为参照目标，制造出新的目标产品，从而为制造业提供更多创新的产品，加快制造业的发展。

2复杂曲面的逆向建模

2.1花洒数据采集

在进行逆向工程时，三维扫描是最基本的一步。它是获得原始点云数据的最直接的方法，也是最理想的方法。原始点云数据是后面进行逆向处理的根本依据，因此三维扫描得到点云数据的好坏直接影响到逆向建模的成功与否。从三维数据的采集方法上来看，非接触式的方法由于同时拥有速度和精度的特点，因而在逆向工程中应用最为广泛。我们采用非接触激光扫描仪对花洒进行扫描。

2.2花洒点云处理

扫描得到的产品外形数据会不可避免的引入数据误差，尤其是尖锐边和边界附近的测量数据，测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面，所以要对原始点云数据应进行预处理，通常要经过以下步骤：

1.去掉噪音点，将点云显示在图形终端上，或者生成曲线曲面，采用半交互半自动的光顺方法对点云数据进行检查调整;

2.数据插补，对于一些扫描不到的区域，其数据只能通过数据插补的方法来补齐，这里要考虑两种曲面造型技术，基于点的样条曲面逆向造型和基于点的曲面拟合技术。

3.数据平滑，数据平滑的目的是为了消除噪音点，得到精确的模型和良好的特征提取效果，采用平滑法处理方法，应力求保持待求参数所能提供的信息不变。

4.数据光顺，一方面由于精度原因不允许对测量的数据点施加过大的修改量来满足光顺的要求，另一方面由于实物边界曲面的多样性，边界上的某些特征点（边界折拐点）必须予以保留，而不能被视为“坏点”。

5.将点云数据转变为多边形模型，通过设置点间距来进行采样，目标三角面片的数量可以进行人为设定。对三角面片文件的优化处理并删除钉状物命令，减少噪音命令使用2至3次，并对垃圾面片进行处理。

6.去除特征效果在曲率变化大的边缘处应用效果不佳，可以采用填补孔命令，在面片上破孔处理使用单个填充孔命令，最终面片完成。

3花洒零件逆向造型设计

将优化好的面片导入逆向设计软件，采用手动对齐方式，将坐标系确定好，采用自动分割，将敏感度调制合适的数值，模型会将不同曲率的区域以不同颜色划分，把同一曲面上的领域合并到一起，成为一个领域，有利于下一步曲面造型。在划分好的领域中采用面片拟合命令铺出外形曲面，并使用放样命令，得到所需要的曲面。通过裁剪命令裁剪出对称的一半产品，使用镜像命完成令曲面创建。

通过裁剪命令裁剪出对称的一半产品，使用镜像命完成令曲面创建。使用缝合命令来，做出实体模型，进行精度分析。

4.花洒零件正反面加工

对于复杂曲面零件，在综合分析零件加工表面形状、加工部分的尺寸大小、加工精度等因素的条件下，采用工艺搭子，为防止加工时产生变形，建立搭子时与虎钳钳口平行的面一定要有与之垂直。指定修剪边界，至少要偏置出一个刀具直径，这样可以在不发生撞刀的情况下使切削余量最小化减少切削时间。正反面加工工艺相仿，型腔铣大刀开粗，缓坡面固定轴区域精加工，陡峭面深度轮廓精加工，值得注意的是正面加工后创建小平面体，以此作为反面加工的毛坯，在仿真过程中勾选碰撞检查，将可能出现的碰撞遏制在自动编程阶段。

5结束语

通过逆向造型的误差对比分析，可有效采取措施减少制件的形状误差，自动编程的仿真加工可有效模拟真实加工环节，包括残余料厚、碰撞检查等，但由于编者水平有限，研究中仍存在不足，比如：点云数据采集的局限性，面片拟合优化，加工精度控制等等，在后续的研究会重点推进。

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（淄博职业学院机电工程学院 山东淄博 255000）