基于UG软件小熊模型的逆向设计及模型加工

王如军

【摘 要】本文介绍了基于UG软件的小熊模型的逆向设计及模型加工，重点阐述通过现有的零件实物原型，利用逆向工程的三维测量，求出零件的三维数据。再应用UG软件，在计算机上生成实物模型，从而进行零件加工。

【关键词】逆向工程；曲面造型；数控加工

中图分类号： TP391.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）34-0153-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.063

Reverse Design and Model Processing Based on UG Software Cubs Mode

WANG Ru-jun

（Suzhou Institute of Technicians，Suzhou Jiangsu 215000，China）

【Abstract】This paper introduces the reverse design and model processing of the bear model based on UG software. It focuses on the 3D measurement of the parts by using the existing physical prototype of the parts and the three-dimensional measurement of the reverse engineering to find the three-dimensional data of the parts. UG software is applied to generate physical models on the computer to process parts.

【Key words】Reverse engineering；Curved surface modeling；CNC machining

0 引言

传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程（或顺向工程），而产品的逆向工程是根据零件（或原型）生成图样，再制造产品或作为其它设计的基础。它是一种以先进产品设备的实物、样件、软件（包括图样、程序、技术文件等）或影象（图象、照片等）作为研究对象，应用现代化设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而发出同类的更为先进的技术，是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术结合。逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具制造。

下面以小熊模型为例，简单介绍逆向设计以及模型加工的过程。

1 数据获取

工作步骤如下：

①根据用户提供的样品和具体要求，分析样品需要重点测量的部分。

②采用合适的数字化量测仪器，常用的数字化设备有三坐标测量机、数控仿形机床、专用数字化仪、激光追踪站和扫描仪等。

③确定测量力方案。

④输出数据点阵。

零件原始图形如图1。测量区域的划分，既要便于测量，又要便于今后建立数学模型。观察分析后发现，小熊模型大致可分为以下几个区域：

（1）小熊头部

（2）小熊腿部

（3）小熊肚子

（4）小熊侧面

（5）小熊脸部特征

（6）小熊凸缘部分

小熊零件为对称件，故只需扫描一半，这就大大减少了工作量，但是为了便于今后的造型，测量时应该超过小熊模型对称中心线，而且测量是采用交叉测量，这样能更好的拟合曲面便于以后的造型。图2所示为扫描后的点云图，为了更好的识别点属于那个图层，方便我们自己造型，我们可以把各个图层分别设置颜色，并将文件以IGES数据格式。

2 三维造型

三维造型采用的是UG4.0做为三维造型软件。

2.1 点云导入

首先将三坐标测量所得的数据用IGES转换到UG能够打开的文件，用UG打开此文件时桌面显示的是被测体表面上的众多个点，如图3所示。

打开UG程序→文件→新建→输入文件名“xiaoxiong”→确定→文件→导入→IGES→弹出“导入IGES”对话框→选择IGES文件→以IGES格式选中“XIAOXIONG”→确定。

2.2 拟合样条线

起始→建模→“曲线”工具条→样条→弹出“样条”对话框→类型“通过点”、→确定，选择 “点构造器”→类型“存在点”，选择要拟合的点→确定。

连接出构造网格曲面需要的线段，这样重复上面的步骤，当主线造好后，重复以上的步骤直到全部的点拟合完成。

横越线是通过构造辅助平面，运用线与面的交点来创建横越线

点击→→“平面”对话框中→选择→弹出“点构造器”对话框→类型“存在点”、选择需要的点→确定。

再点击“曲线”工具条→样条→弹出“样条”对话框→类型“通过点”、→确定，选择 “点构造器”→类型“交叉点”、选择要拟合的点→确定。通过这种方法将要创建的曲线都画好， 如图4所示。

再点击“曲面”工具条→网格曲面→弹出“通过曲线网格”对话框→主线选两条，横越线选四条，如下图，→确定。通过这种方法将要创建的曲面都画好，如图5所示。

2.3 无测量点的曲面构造

在测量过程中，不可能测量到小熊的每一个角落，所以在一些没有点云的地方需要自己去构造，点击“剖面曲线”→弹出“剖面曲线”对话框→点击“平行平面，选择剖切对象，设置好参数，就可以生成许多剖切线， 在点击“曲线”工具条→桥接→选择第一条线，在选择第二条线，确定.在点击“曲面”工具条→网格曲面→弹出“通过曲线网格”对话框→主线选两条，横越线选四条，如下图，→确定。通过这种方法将要創建的曲面都画好， 如图6所示。

2.4 缝合曲面

用将所有曲面缝合成片体。各个块块的曲面生成以后，用缝合的方法将所有曲面连成一体，这样半个小熊的片体模型就已经生成了。然后点击然后选择“编辑”里的“变换”，桌面弹出对话筐，点“选择所有的”即出现另一对话筐，选择“通过一平面镜像”有弹出下一对话筐，选择三点构成一平面又弹出下一对话筐，选择截面三个任意点即可。

注意：对于对称产品我们要“做过头、往回砍、中间做桥接”这样才能做到尽量光滑，没有缺陷。完成镜像操作以后小熊片体模型即已形成。中间部分用桥接功能，将其生成网格曲线，在创建曲面的时候要运用G1，是创建的曲面能够光滑过渡。再用缝合功能将所有曲面缝合成实体。上面做好后，可以通过手工测量绘制小熊的脸部轮廓，再运用拉伸功能。再运用“求和”将小熊合并成一个实体。如图7所示。

3 自动编程及加工

3.1 创建加工程序

3.1.1 在起始→“加工”→弹出“加工环境”对话框→选择“cam general”“mill contour”→确定。

3.1.2 建立加工坐标系，加工部件，毛坯：

应用→加工→操作导航器→几何视图→MCS-MILL→编辑加工坐标系→操作导航器→几何体→WORKPIECE→编辑加工部件→操作导航器→几何体→WORKPIECE→编辑毛坯160*160*60。

3.1.3 添加刀具：创建刀具组→刀具名称（F16，R5，R2）→确定→编辑刀具直径（16mm，10mm，4mm）→确定。

3.1.4 创建加工操作：

①粗加工：加工→创建操作→设置类型参数为MILL_CONTOUR→程序为NC_PROGRAM→使用几何体为WORKPIECE→使用刀具为F16→使用方法为MILL_ROUGH→名称为CAVITY_MILL→选择切削区域→每刀切入深度为2mm→切削余量0mm→确定→生成→显示后暂停去掉→确认→2D动态→播放→比较→确定。如图8所示。

②半精加：工加工→创建操作→设置类型参数为MILL_CONTOUR→CONTOUR_AREA→程序为NC_PROGRAM→使用几何体为WORKPIECE→使用刀具为R5→使用方法为MILL_FINISH→名称为CAVITY_MILL→确定→编辑参数→百份比10→图样径像线→切削类型ZIG→确定→在切削参数里将毛坯余量设成-0.8確定→生成→显示后暂停去掉→确认→2D动态→播放→比较→确定。③精加工：加工→创建操作→设置类型参数为MILL_CONTOUR→CONTOUR_AREA→程序为NC_PROGRAM→使用几何体为WORKPIECE→使用刀具为R2→使用方法为MILL_FINISH→名称为CAVITY_MILL→确定→编辑参数→百份比10→图样径像线→切削类型ZIG→确定→在切削参数里将毛坯余量设成0→确定→生成→显示后暂停去掉→确认→2D动态→播放→比较→确定。

3.2 生成加工程序

点击工具条→“后处理”→弹出“后处理”对话框→可用机床“MILL-3AXIS”、→单位“公制部件”，→确定。即可以生成加工程序。

3.3 模型加工

最后用DNC在线传输程序加工小熊的零件：加工零件与实物原型如下图9和图10所示。

4 结语

实践证明，使用三坐标测量机进行三维扫描，获得产品三维点阵数据，利用UG软件强大的三维造型和NC后处理功能进行产品制造，可以大大缩短产品的设计和制造周期，更加有效地提高产品的竞争能力。

【参考文献】

[1]王霄等.逆向工程技术及其应用.北京化学工业出版社，2004.

[2]张洪威.UG NX 高级应用指南.中国水利电出版社，2006.