UG逆向造型的原理、一般方法和技巧

1、逆向工程一、什么是逆向工程1. 什么是逆向工程不借助于繪圖、 文檔資料或者已有的計(jì)算機(jī)模型， 將一個(gè)現(xiàn)有的工件、 分總成、或者產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)制的過程，被稱之為“逆向工程”。該過程通常需要有相應(yīng)的硬件設(shè)備和軟件來完成。2. 什么場(chǎng)合需要逆向工程 ?某一產(chǎn)品的原始制造商不再生產(chǎn)該產(chǎn)品； ?原始產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)沒有保留合適的文檔資料； ?原始制造商已經(jīng)沒有了，但是客戶還需要它的產(chǎn)品； ?原始設(shè)計(jì)的文檔資料丟失或者根本就沒有； ?某個(gè)產(chǎn)品中不好的特征需要重新設(shè)計(jì)，比如，過度磨損的地方表示該處必須加以改進(jìn)； ?在長時(shí)間的使用之后，加強(qiáng)某個(gè)產(chǎn)品好的特征； ?分析競爭對(duì)手產(chǎn)品好壞特點(diǎn)； ?為改善產(chǎn)品的性能和特點(diǎn)而探索

2、新的方法； ?獲得競爭對(duì)手的基準(zhǔn)測(cè)試方法，理解競爭對(duì)手的產(chǎn)品來開發(fā)更好的產(chǎn)品； ?原有的CAD真型不夠支持現(xiàn)有的修改和加工方式； ?原有的供應(yīng)商不能或者不愿意提供額外的工件； ?原有設(shè)備的制造商不愿意或者不能提供替換工件、或者因?yàn)槲ㄒ坏墓ぜ?源而漫天要價(jià)； ?用更現(xiàn)代的、廉價(jià)的技術(shù)來更新廢棄的材料或者過時(shí)的加工工藝。3. 逆向工程的過程： ?明確系統(tǒng)的各個(gè)組件以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系； ?以另外一種形式或者更高抽象的技術(shù)水平，來創(chuàng)建和表示系統(tǒng)； ?建立該系統(tǒng)的物理表達(dá)形式。4. 開始進(jìn)行逆向工程之前，需要注意的幾個(gè)重點(diǎn)逆向工程通過獲取它的物理尺寸、 特征和材料特性， 可以復(fù)制某個(gè)現(xiàn)有的工件。在

3、打算進(jìn)行逆向工程之前，需要進(jìn)行很好的費(fèi)用 / 效益分析以評(píng)估逆向工程項(xiàng)目的合理性。 典型地講， 如果被復(fù)制的東西有高價(jià)值， 或者可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，逆向工程是比較節(jié)省費(fèi)用的，具有較高的性價(jià)比。有時(shí)候，即使逆向工程不節(jié)省費(fèi)用， 但是某一個(gè)產(chǎn)品對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說有至關(guān)重要， 對(duì)它進(jìn)行逆向工程操作也是必須的。5. 使用CADM成逆向工程概念的產(chǎn)品開發(fā)機(jī)械零件的逆向工程包括使用使用激光掃描頭（儀）或者計(jì)算機(jī)層析（CT）獲取三維點(diǎn)云。 使用表面點(diǎn)云來表示工件的幾何形狀是創(chuàng)建參數(shù)化表面模型的第一步。 使用逆向工程軟件從點(diǎn)云創(chuàng)建一個(gè)好的三角片網(wǎng)格模型。 然后將三角片云圖進(jìn)行整合、光順和優(yōu)化，得到干凈均勻的高

4、質(zhì)量三角片模型，然后對(duì)模型進(jìn)行分析并為CAM（計(jì)算機(jī)輔助 加工） 產(chǎn)生刀具加工路徑。 對(duì)于某些產(chǎn)品的表面或者部分尺寸要求比較高的， 則可以將三角片模型導(dǎo)入 CAD®C件生成NURBS非均勻有理樣條）曲線或者 NURBS 曲面做進(jìn)一步的精煉、分析、修改并生成加工路徑。最后CAMft產(chǎn)出物理零件。6. 技術(shù)服務(wù) ?接觸和非接觸式（激光）掃描； ?物理零件與CAD真型偏差分析; ?尺寸檢測(cè)和評(píng)估；7. 逆向工程所需的要素 ?數(shù)字化或者掃描硬件（轉(zhuǎn)臺(tái)式掃描機(jī)、便攜式掃描儀、激光掃描頭與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光掃描頭與關(guān)節(jié)臂、激光掃描頭與雕刻機(jī)等）； ?云圖逆向工程軟件（比如 NXCLONEIMAG

5、EWARESURFACER GOEMAGJC POLYWORK ? CAD設(shè)計(jì)軟件（比如 UG NX PRO-E SOLIDWORK）;8. 逆向工程的應(yīng)用在很多領(lǐng)域里逆向工程早已司空見慣， 諸如娛樂、 汽車、 消費(fèi)產(chǎn)品、 微器件、電子和機(jī)械設(shè)計(jì)等。比如，有一臺(tái)新型機(jī)器上市，競爭對(duì)手制造商可能買一臺(tái)，將它拆散以學(xué)會(huì)如何建造， 弄明白它是怎么工作的。 在建筑、 造船等行業(yè)， 橋梁、建筑及船殼可以從過去成功的例子中復(fù)制，這樣可以減少失敗的幾率。在很多場(chǎng)合，設(shè)計(jì)人員使用油泥、石膏、木材、泡沫乳膠等材料，將他們的設(shè)想做成某一形狀。但是為了能夠加工零件，需要CAD真型。隨著產(chǎn)品的外形越 來越大越接近自然

6、形狀，在CADM面進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)面臨很大的挑戰(zhàn)，有時(shí)侯甚至不 可能；沒法保證CADS型能夠與手工雕刻的模型足夠地接近， 特別是在某些局部 區(qū)域。 逆向工程為這一問題提供了一種有效的解決手段， 因?yàn)檫@里的物理模型是CAM型的可靠信息來源，這也被稱之為工件-CAD過程。逆向工程一個(gè)另外的原因是壓縮產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間。 在非常競爭激烈的全球化市場(chǎng)， 制造商不斷地尋求新的方法來縮短新產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間。 快速產(chǎn)品開發(fā)（RPD指的就是新近開發(fā)的技術(shù)和工藝可以幫助制造商和設(shè)計(jì)人員滿足減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間的需要。 例如， 精密注塑模具公司必須大幅降低工具和模具的開發(fā)時(shí)間。 通過使用逆向工程， 可以迅速地以數(shù)字形式捕獲三

7、維產(chǎn)品或模型、 重新建模、導(dǎo)出給快速成型或者快速加工。現(xiàn)代三維CAC®計(jì)工具已經(jīng)幫助機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了革命性的變化。三維掃描頭 與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM可以抄數(shù)各種組件，實(shí)現(xiàn)信息屏幕化，然后進(jìn)行三維建 模。 最新的三維掃描系統(tǒng)其精度已經(jīng)能夠完成從局部尺寸的分析到更高程度的產(chǎn)品定型方面的工作。跟汽車工業(yè)一樣， 逆向工程在機(jī)械加工和航空制造方面也能勝任， 因?yàn)檫@些領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)需要跨越很長的時(shí)間段， 在期間有些組件可能已經(jīng)成舊過時(shí)。 因 此逆向工程在重新制造這些后市場(chǎng)零件就有了用武之地。二、UG的逆向造型遵循：點(diǎn)-線-面-體的一般原則。一、測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)之前規(guī)劃好該怎么打點(diǎn)。 由設(shè)計(jì)人員提出曲面打點(diǎn)

8、的要求。 一般原則是在曲率變化比較大的地方打點(diǎn)要密一些， 平滑的地方則可以稀一些。 由于一般的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)取點(diǎn)的效率大大低于激光掃描儀， 所以在零件測(cè)點(diǎn)時(shí)要做到有的放矢。值得注意的是除了掃描剖面、測(cè)分型線外，測(cè)輪廓線等特征線也是必要的，它會(huì)在構(gòu)面的時(shí)候帶來方便。二、連線1. 點(diǎn)整理 連線之前先整理好點(diǎn)， 包括去誤點(diǎn)、 明顯缺陷點(diǎn)。 同方向的剖面點(diǎn)放在同一層里，分型線點(diǎn)、孔位點(diǎn)單獨(dú)放一層，輪廓線點(diǎn)也單獨(dú)放一層，便于管理。通常這個(gè)工作在測(cè)點(diǎn)階段完成，也可以在UG軟件中完成。一般測(cè)量軟件可以預(yù)先設(shè)定點(diǎn)的安放層，一邊測(cè)點(diǎn)，一邊整理。2. 點(diǎn)連線 連分型線點(diǎn)盡量做到誤差最小并且光順。 因?yàn)樵谠S多情況下分

9、型線是產(chǎn)品的裝配結(jié)合線。 對(duì)汽車、 摩托車中一般的零件來說， 連線的誤差一般控制在以下。連線要做到有的放矢，根據(jù)樣品的形狀、特征大致確定構(gòu)面方法，從而確定需要連哪些線條， 不必連哪些線條。 連線可用直線、 圓弧、 樣條線 （ spline ） 。最常用的是樣條線，選用“ through point ”方式。選點(diǎn)間隔盡量均勻，有圓角的地方先忽略，做成尖角，做完曲面后再倒圓角。3. 曲線調(diào)整 因測(cè)量有誤差及樣件表面不光滑等原因，連成spline 的曲率半徑變化往往存在突變， 對(duì)以后的構(gòu)面的光順性有影響。 因此曲線必須經(jīng)過調(diào)整，使其光順。調(diào)整中最常用的一種方法是Edit Spline, 選 Edit

10、 pole 選項(xiàng)，利用鼠標(biāo)拖動(dòng)控制點(diǎn)。 調(diào)整 spline 經(jīng)常還要用到移動(dòng) spline 的一個(gè)端點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)，使構(gòu)建曲面的曲線有交點(diǎn)。 但必須注意的是， 無論用什么命令調(diào)整曲線都會(huì)產(chǎn)生偏差，調(diào)整次數(shù)越多，累積誤差越大。誤差允許值視樣件的具體要求決定。三、構(gòu)面運(yùn)用各種構(gòu)面方法建立曲面，包括Though Curve Mesh、 Though Curves 、Rule 、 Swept、 From point cloud 等。構(gòu)面方法的選擇要根據(jù)樣件的具體特征情況而定。筆者最常用的是 Though Curve Mesh,將調(diào)整好的曲線用此命令編織成曲面。 Though curve mesh 構(gòu)面的

11、優(yōu)點(diǎn)是可以保證曲面邊界曲率的連續(xù)性，因?yàn)門hough curve mesh 可以控制四周邊界曲率（相切），因而構(gòu)面的質(zhì)量更高。而Though curves 只能保證兩邊曲率，在構(gòu)面時(shí)誤差也大。假如兩曲面交線要倒圓角，因 Though curve mesh 的邊界就是兩曲面的交線，顯然這條線要比兩個(gè)Though Curves 曲面的交線光順，這樣Blend 出來的圓角質(zhì)量是不一樣的。初學(xué)逆向造型的時(shí)候， 兩個(gè)面之間往往有“折痕”， 這主要是由這兩個(gè)面不相切所致。解決這個(gè)問題可以通過調(diào)整參與構(gòu)面（ Though curve mesh ）曲線的端點(diǎn)與另一個(gè)面中的對(duì)應(yīng)曲線相切，再加上Though cu

12、rve mesh 邊界相切選項(xiàng)即可解決。只有曲線相切才能保證曲面相切。另外， 有時(shí)候做一個(gè)單張且比較平坦的曲面時(shí)， 直接用點(diǎn)云構(gòu)面（ from pointcloud ）更方便。但是對(duì)那些曲率半徑變化大的曲面則不適用，構(gòu)造面時(shí)誤差較大。有時(shí)面與面之間的空隙要橋接（ Bridge ），以保證曲面光滑過渡。 在構(gòu)建曲面的過程中， 有時(shí)還要再加連一些線條， 用于構(gòu)面。 連線和構(gòu)面經(jīng)常要交替進(jìn)行。曲面建成后，要檢查曲面的誤差，一般測(cè)量點(diǎn)到面的誤差，對(duì)外觀要求較高的曲面還要檢查表面的光順度。當(dāng)一張曲面不光順時(shí)，可求此曲面的一些Section ，調(diào)整這些 Section 使其光順，再利用這些 Section

13、 重新構(gòu)面，效果會(huì)好些，這是常用的一種方法。構(gòu)面還要注意簡潔。面要盡量做得大，張數(shù)少，不要太碎，這樣有利于后面增加一些圓角、斜度、增厚等特征，而且也有利于下一步編程加工，刀路的計(jì)算量會(huì)減少，N6C件也小。四、構(gòu)體當(dāng)外表面完成后， 下一步就要構(gòu)建實(shí)體模型。 當(dāng)模型比較簡單且所做的外表面質(zhì)量比較好時(shí)， 用縫合增厚指令就可建立實(shí)體。 但大多數(shù)情況卻不能增厚， 所以只能采用偏置( Offset )外表面。用 Offset 指令可同時(shí)選多個(gè)面或用窗口全選，這樣會(huì)提高效率。對(duì)于那些無法偏置的曲面，要學(xué)會(huì)分析原因。一種可能是由于曲面本身曲率太大，偏置后會(huì)自相交，導(dǎo)致Offset 失敗(有些軟件的算法與此算法

14、不同，如犀牛王就可Offset 那些會(huì)產(chǎn)生自相交的曲面)，如小圓角；另一種可能是被偏置曲面的品質(zhì)不好， 局部有波紋， 這種情況只能修改好曲面后再 Offset ；還有一些曲面看起來光順性很好，但就是不能 Offset ，遇到這種情況可用 Extract Geometry 成 B 曲面后，再 Offset ，基本會(huì)成功。偏置后的曲面有的需要裁剪， 有的需要補(bǔ)面， 用各種曲面編輯手段完成內(nèi)表面的構(gòu)建， 然后縫合內(nèi)外表面成一實(shí)體( solid )。最后再進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如加強(qiáng)筋、安裝孔三、做逆向產(chǎn)品的一般步驟逆向造型是三維造型中最高級(jí)的造型, 造型方法多種多樣，造型過程復(fù)雜.相對(duì)來說比較難掌握。1

15、. 確定產(chǎn)品的拔模方向 :拔模方向在造型中非常重要, 它要影響以后的開模。所以我們?cè)谧霎a(chǎn)品時(shí)一定要注意拔模方向 , 不能使做出來的產(chǎn)品產(chǎn)生倒拔模, 如果倒拔模, 模具就開不出來 , 這樣做出來的產(chǎn)品就不符合要求.2. 面的分析 :面的分析在造型過程中特別重要, 只有深刻理解產(chǎn)品的面與面之間的拓?fù)潢P(guān)系抓住產(chǎn)品中的特征, 在抓住產(chǎn)品特征的基礎(chǔ)上確定面之間的拓?fù)潢P(guān)系 , 這樣才能快速、高質(zhì)量的完成。這在下面的實(shí)例中會(huì)陸續(xù)介紹 .3. 面的做法 :(1) 所有構(gòu)造線必須光順連接, 也就是相切或曲率連續(xù), 這樣做出來的面才能光順。如果不光順連接，所做出來的面就會(huì)扭曲。(2) 邊界線的制作必須滿足以下幾個(gè)

16、條件:a. 相鄰邊應(yīng)盡量垂直, 角度不能太大.b. 同類型的構(gòu)造線要盡量平行，線的長度要盡可能差不多 , 不能相差太 大。c. 所有構(gòu)造線盡量在一個(gè)平面內(nèi)，并且和最終所做的平面垂直.d. 疏密有致 , 也就是說在我們所要做的面變化比較大的地方取的構(gòu)造線要密，在變化不大的地方構(gòu)造線要稀。4. 線的做法(1) 先直后圓 , 再樣條曲線; 也就是在做線時(shí)能做直線的地方要作成直線, 不能做成直線時(shí)做成圓弧, 在直線和圓弧都不能做時(shí)才用樣條曲線, 在做的過程中要盡量用圓弧 .(2) 盡量做成平面線, 而不是三維空間線.(3) 在平緩的地方橋接時(shí) , 盡量用倒圓連接.(4) 在橋接時(shí)不能在端點(diǎn) , 必須回拉一點(diǎn) ,( 做過頭往回割 ), 回拉時(shí) , 橋接線 不能超過兩邊的原始線, 必須使橋接的線在原始線內(nèi)部 , 這樣所做出來的線才完全是凸曲線.(5) 在做樣條曲線時(shí)一定要用 fit 做 , 不能用其它幾種方法.(6) 在邊界線上用構(gòu)造線所在的平面求出交點(diǎn) . 做出人造測(cè)量點(diǎn) .( 可以通過offset 分段偏置 ) 用盡量少 , 盡量簡單的線, 在允許的范圍內(nèi)作出符合要求的曲線(直線 , 圓弧 )四、對(duì)逆向產(chǎn)品的要求1