三坐标测量机与NX在三线螺旋工件逆向工程中的应用

一、前言

近年来随着计算机硬件技术和相关CAD/CAM软件技术的飞速发展，对机械制造行业中的测量与设计技术产生了巨大的推动作用，产品的竞争使得“逆向工程”(Reverse Engineering)技术应运而生目前这种技术在产品的设计加工制造中得到了广泛的应用逆向工程可以将其概括为：在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,在对零件原形进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型,并以此CAD模型为依据生成数控加工的NC代码,加工复制出一个相同的零件。逆向思维是逆向工程应用中不可缺少的思维方式法，在对产品进行逆向设计时可用如下流程描述其操作步骤：

实物+工件分析+测量+建立CAD模型+优化+工程图或NC加工程序=新产品

逆向工程不能将其简单的理解为对原产品的“克隆”，而是在原有产品的技术基础上进行的升级与再创新，由于加工制造误差的存在，不能单一的追求尺寸的一致性；应对测量得到的数字进行科学的优化处理。此外，尤为重要的是应运用逆向思维对工件进行全面的分析，包括工件的应用场合、装配关系、精度要求、工件材料、外形结构、加工手段及成型方法，这些将为接下来的测量与建模的可行性及科学性奠定基础。设计人员的加工制造经验和对建模软件应用的熟练成度决定了原产品上被测要素的位置与数量，以逆向思维的结论为指导进行实际测量，接下来的工作就是应用测量数据进行正向设计，以期达到反求原产品创造新产品的目的。下面以对三线螺旋工件的反求为例阐明逆向工程的思维方式、操作过程及数据处理方法。

二、问题的提出与分析

三线螺旋工件，要求测出其各项几何参数并生成工程图，此工件用于螺旋送料机构，无严格配合表面，材料为不锈钢，从工作状态考虑，在转速一定的情况下，螺旋的螺距（或导程）用螺纹的法向截面尺寸是影响送料多少主要参数，是反求的重点。接下来要解决的便是如何精确获取这些参数建，立工件的几何模型。运用逆向思维依照加工制造与建模的经验将工件成型过程逆推出来，如图1所示。将这一逆推出来的过程倒过来看，就是正向设计的过程，即由毛坯到成品实际加工过程，也是建模顺序的依据。工件下部的阶梯轴与锥面的参数较易获得，但在第4步加工螺旋时用到的了螺距与成型车刀刀尖形状与刀具方位几个参数是不易获取的关键性数据，经分析螺距可以用三坐标测量机直接测得，而刀尖形状参数和刀具方位只能通过将三坐标测量机测得的正交面数据传入UG软件，进行投影变换，用三维图形求解的方式进行处理，将处理的结果用于造型设计。经过上述的工件分析，已经确定了需要进行测量的数据，下面将简述数据测量的过程。

图1

三、数据测量过程简述

将工件固定在工作台上，校对测量头，设定测量角度，以“三、二、一”的方式建立工件的测量坐标系，在通过工件轴线的竖直正交平面内测出工件的螺距点,同时也在该平面内测出螺旋沟槽的截面形状数据点，重要的是还要测出能够定位螺旋沟槽的截面形状数据点，以便在进行三维建模求解时作为螺旋沟槽截面放置的参考依据。具体测量过程不在累述，测得的数据如图2形所示。利用测得的数据，可以得到想要的三维造型参数，要在UG软件中使用这些测量得到的数据点。需将这些数据点，在三坐标测机中转存为中继档文件，此处使用IGES格式。将测量得到的数据点文件导出，并转存至建模计算机中进行三维建模处理，下面将简述利用三坐标测量机测得的数据点信息进行数字建模的过程。

图2

四、数字建模过程简述

启动UG软件，新建一公制单位文件，将利用三坐标测量机测得的中继档文件转入，依据测得的数据建工件毛坯。利用螺距数据点建立螺旋线，本工件为三线螺旋，故导程f=3p(p为螺距即图2中所示的螺距数据点之间的距离。利用Transform命令结合螺旋沟槽截面形状定位数据点将图2所示数据点移动到通过三线螺旋轴线的平面上的适当位置，并利用图2中所示的螺旋沟槽截面形状数据点建立螺旋沟槽截面线。为实现三线螺旋工件的反求，先要得到与螺旋线上相应点的切向方向相正交的螺旋沟槽截面形状线，以得到进行螺旋扫描时所需的截面，为此将图2所示测量平面的螺旋沟槽截面线进行三维投影变换，在与螺旋线上选定点的切向方向正交的平面上得到想要的螺旋扫描截面，如图所示，至此关键性的问题已经解决。利用Swept命令建立扫描体，以图2中的螺旋线为导引线，以正交平面截面线为扫描截面线，得到加工圆柱体所用的空间刀具工具体将工具体，与圆柱体进布尔减运算，就可以得到第一个螺旋沟槽，再运用Transform命令与Subtract得到另外两个螺旋沟槽，最后添加三线螺旋工件的其它一些修饰特征完成三维建模。转入UG软件的工程图模块将三维模型转换为二维工程图，用于指导实际生产，全面完成该三线螺旋工件的反求。

五、结论

本文通过对三线螺旋工件的反求，探讨了对复杂工件进行反求时的逆向思维方式，即如何根据加工制造与三维建模经验逆向推导出反求工件所需的建模数据与测量要素，并简述了使用三坐标测量机对工件特征数据点的进行测量，获得创建三维模型产品所需的数据利用UG软件进行三维逆向建模的过程。实践证明，运用逆向思维，利用三坐标测量机先进的测量功能和UG软件强大的建模功能，可以充分发挥出逆向工程的潜力，大大缩短产品的设计、制造周期，更加有效地提高产品的市场竞争能力。