一、前言

近年來隨著計算機硬件技術和相關CAD/CAM軟件技術的飛速發(fā)展，對機械制造行業(yè)中的測量與設計技術產(chǎn)生了巨大的推動作用，產(chǎn)品的競爭使得“逆向工程”(Reverse Engineering)技術應運而生目前這種技術在產(chǎn)品的設計加工制造中得到了廣泛的應用逆向工程可以將其概括為：在沒有設計圖紙或者設計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下,在對零件原形進行測量的基礎上形成零件的設計圖紙或CAD模型,并以此CAD模型為依據(jù)生成數(shù)控加工的NC代碼,加工復制出一個相同的零件。逆向思維是逆向工程應用中不可缺少的思維方式法，在對產(chǎn)品進行逆向設計時可用如下流程描述其操作步驟：

實物+工件分析+測量+建立CAD模型+優(yōu)化+工程圖或NC加工程序=新產(chǎn)品

逆向工程不能將其簡單的理解為對原產(chǎn)品的“克隆”，而是在原有產(chǎn)品的技術基礎上進行的升級與再創(chuàng)新，由于加工制造誤差的存在，不能單一的追求尺寸的一致性；應對測量得到的數(shù)字進行科學的優(yōu)化處理。此外，尤為重要的是應運用逆向思維對工件進行全面的分析，包括工件的應用場合、裝配關系、精度要求、工件材料、外形結構、加工手段及成型方法，這些將為接下來的測量與建模的可行性及科學性奠定基礎。設計人員的加工制造經(jīng)驗和對建模軟件應用的熟練成度決定了原產(chǎn)品上被測要素的位置與數(shù)量，以逆向思維的結論為指導進行實際測量，接下來的工作就是應用測量數(shù)據(jù)進行正向設計，以期達到反求原產(chǎn)品創(chuàng)造新產(chǎn)品的目的。下面以對三線螺旋工件的反求為例闡明逆向工程的思維方式、操作過程及數(shù)據(jù)處理方法。

二、問題的提出與分析

三線螺旋工件，要求測出其各項幾何參數(shù)并生成工程圖，此工件用于螺旋送料機構，無嚴格配合表面，材料為不銹鋼，從工作狀態(tài)考慮，在轉速一定的情況下，螺旋的螺距（或導程）用螺紋的法向截面尺寸是影響送料多少主要參數(shù)，是反求的重點。接下來要解決的便是如何精確獲取這些參數(shù)建，立工件的幾何模型。運用逆向思維依照加工制造與建模的經(jīng)驗將工件成型過程逆推出來，如圖1所示。將這一逆推出來的過程倒過來看，就是正向設計的過程，即由毛坯到成品實際加工過程，也是建模順序的依據(jù)。工件下部的階梯軸與錐面的參數(shù)較易獲得，但在第4步加工螺旋時用到的了螺距與成型車刀刀尖形狀與刀具方位幾個參數(shù)是不易獲取的關鍵性數(shù)據(jù)，經(jīng)分析螺距可以用三坐標測量機直接測得，而刀尖形狀參數(shù)和刀具方位只能通過將三坐標測量機測得的正交面數(shù)據(jù)傳入UG軟件，進行投影變換，用三維圖形求解的方式進行處理，將處理的結果用于造型設計。經(jīng)過上述的工件分析，已經(jīng)確定了需要進行測量的數(shù)據(jù)，下面將簡述數(shù)據(jù)測量的過程。

圖1

三、數(shù)據(jù)測量過程簡述

將工件固定在工作臺上，校對測量頭，設定測量角度，以“三、二、一”的方式建立工件的測量坐標系，在通過工件軸線的豎直正交平面內測出工件的螺距點,同時也在該平面內測出螺旋溝槽的截面形狀數(shù)據(jù)點，重要的是還要測出能夠定位螺旋溝槽的截面形狀數(shù)據(jù)點，以便在進行三維建模求解時作為螺旋溝槽截面放置的參考依據(jù)。具體測量過程不在累述，測得的數(shù)據(jù)如圖2形所示。利用測得的數(shù)據(jù)，可以得到想要的三維造型參數(shù)，要在UG軟件中使用這些測量得到的數(shù)據(jù)點。需將這些數(shù)據(jù)點，在三坐標測機中轉存為中繼檔文件，此處使用IGES格式。將測量得到的數(shù)據(jù)點文件導出，并轉存至建模計算機中進行三維建模處理，下面將簡述利用三坐標測量機測得的數(shù)據(jù)點信息進行數(shù)字建模的過程。

圖2

四、數(shù)字建模過程簡述

啟動UG軟件，新建一公制單位文件，將利用三坐標測量機測得的中繼檔文件轉入，依據(jù)測得的數(shù)據(jù)建工件毛坯。利用螺距數(shù)據(jù)點建立螺旋線，本工件為三線螺旋，故導程f=3p(p為螺距即圖2中所示的螺距數(shù)據(jù)點之間的距離。利用Transform命令結合螺旋溝槽截面形狀定位數(shù)據(jù)點將圖2所示數(shù)據(jù)點移動到通過三線螺旋軸線的平面上的適當位置，并利用圖2中所示的螺旋溝槽截面形狀數(shù)據(jù)點建立螺旋溝槽截面線。為實現(xiàn)三線螺旋工件的反求，先要得到與螺旋線上相應點的切向方向相正交的螺旋溝槽截面形狀線，以得到進行螺旋掃描時所需的截面，為此將圖2所示測量平面的螺旋溝槽截面線進行三維投影變換，在與螺旋線上選定點的切向方向正交的平面上得到想要的螺旋掃描截面，如圖所示，至此關鍵性的問題已經(jīng)解決。利用Swept命令建立掃描體，以圖2中的螺旋線為導引線，以正交平面截面線為掃描截面線，得到加工圓柱體所用的空間刀具工具體將工具體，與圓柱體進布爾減運算，就可以得到第一個螺旋溝槽，再運用Transform命令與Subtract得到另外兩個螺旋溝槽，最后添加三線螺旋工件的其它一些修飾特征完成三維建模。轉入UG軟件的工程圖模塊將三維模型轉換為二維工程圖，用于指導實際生產(chǎn)，全面完成該三線螺旋工件的反求。

五、結論

本文通過對三線螺旋工件的反求，探討了對復雜工件進行反求時的逆向思維方式，即如何根據(jù)加工制造與三維建模經(jīng)驗逆向推導出反求工件所需的建模數(shù)據(jù)與測量要素，并簡述了使用三坐標測量機對工件特征數(shù)據(jù)點的進行測量，獲得創(chuàng)建三維模型產(chǎn)品所需的數(shù)據(jù)利用UG軟件進行三維逆向建模的過程。實踐證明，運用逆向思維，利用三坐標測量機先進的測量功能和UG軟件強大的建模功能，可以充分發(fā)揮出逆向工程的潛力，大大縮短產(chǎn)品的設計、制造周期，更加有效地提高產(chǎn)品的市場競爭能力。