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算機模型， 將一個現(xiàn)有的工件、 分總成、或者產(chǎn)品進行復制的過程，被稱之為“逆向工程”。該過程通常需要有相應的硬件設備和軟件來完成。2. 什么場合需要逆向工程 ?某一產(chǎn)品的原始制造商不再生產(chǎn)該產(chǎn)品； ?原始產(chǎn)品設計時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； ?原始設計的文檔資料丟失或者根本就沒有； ?某個產(chǎn)品中不好的特征需要重新設計，比如，過度磨損的地方表示該處必須加以改進； ?在長時間的使用之后，加強某個產(chǎn)品好的特征； ?分析競爭對手產(chǎn)品好壞特點； ?為改善產(chǎn)品的性能和特點而探索

2、新的方法； ?獲得競爭對手的基準測試方法，理解競爭對手的產(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； ?原有的供應商不能或者不愿意提供額外的工件； ?原有設備的制造商不愿意或者不能提供替換工件、或者因為唯一的工件來 源而漫天要價； ?用更現(xiàn)代的、廉價的技術(shù)來更新廢棄的材料或者過時的加工工藝。3. 逆向工程的過程： ?明確系統(tǒng)的各個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)的物理表達形式。4. 開始進行逆向工程之前，需要注意的幾個重點逆向工程通過獲取它的物理尺寸、 特征和材料特性， 可以復制某個現(xiàn)有的工件。在

3、打算進行逆向工程之前，需要進行很好的費用 / 效益分析以評估逆向工程項目的合理性。 典型地講， 如果被復制的東西有高價值， 或者可以進行大規(guī)模的生產(chǎn)，逆向工程是比較節(jié)省費用的，具有較高的性價比。有時候，即使逆向工程不節(jié)省費用， 但是某一個產(chǎn)品對于整個系統(tǒng)來說有至關重要， 對它進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)機械零件的逆向工程包括使用使用激光掃描頭（儀）或者計算機層析（CT）獲取三維點云。 使用表面點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云創(chuàng)建一個好的三角片網(wǎng)格模型。 然后將三角片云圖進行整合、光順和優(yōu)化，得到干凈均勻的高

4、質(zhì)量三角片模型，然后對模型進行分析并為CAM（計算機輔助 加工） 產(chǎn)生刀具加工路徑。 對于某些產(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入 CAD®C件生成NURBS非均勻有理樣條）曲線或者 NURBS 曲面做進一步的精煉、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 ?接觸和非接觸式（激光）掃描； ?物理零件與CAD真型偏差分析; ?尺寸檢測和評估；7. 逆向工程所需的要素 ?數(shù)字化或者掃描硬件（轉(zhuǎn)臺式掃描機、便攜式掃描儀、激光掃描頭與三坐標測量機、激光掃描頭與關節(jié)臂、激光掃描頭與雕刻機等）； ?云圖逆向工程軟件（比如 NXCLONEIMAG

5、EWARESURFACER GOEMAGJC POLYWORK ? CAD設計軟件（比如 UG NX PRO-E SOLIDWORK）;8. 逆向工程的應用在很多領域里逆向工程早已司空見慣， 諸如娛樂、 汽車、 消費產(chǎn)品、 微器件、電子和機械設計等。比如，有一臺新型機器上市，競爭對手制造商可能買一臺，將它拆散以學會如何建造， 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制，這樣可以減少失敗的幾率。在很多場合，設計人員使用油泥、石膏、木材、泡沫乳膠等材料，將他們的設想做成某一形狀。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面進行設計會面臨很大的挑戰(zhàn)，有時侯甚至不 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， 因為這里的物理模型是CAM型的可靠信息來源，這也被稱之為工件-CAD過程。逆向工程一個另外的原因是壓縮產(chǎn)品開發(fā)的時間。 在非常競爭激烈的全球化市場， 制造商不斷地尋求新的方法來縮短新產(chǎn)品投放市場的時間。 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計人員滿足減少產(chǎn)品開發(fā)時間的需要。 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、導出給快速成型或者快速加工?，F(xiàn)代三維CAC®計工具已經(jīng)幫助機械設計實現(xiàn)了革命性的變化。三維掃描頭 與三坐標測量機（CMM可以抄數(shù)各種組件，實現(xiàn)信息屏幕化，然后進行三維建 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， 逆向工程在機械加工和航空制造方面也能勝任， 因為這些領域的機械設計需要跨越很長的時間段， 在期間有些組件可能已經(jīng)成舊過時。 因 此逆向工程在重新制造這些后市場零件就有了用武之地。二、UG的逆向造型遵循：點-線-面-體的一般原則。一、測點測點之前規(guī)劃好該怎么打點。 由設計人員提出曲面打點

8、的要求。 一般原則是在曲率變化比較大的地方打點要密一些， 平滑的地方則可以稀一些。 由于一般的三坐標測量機取點的效率大大低于激光掃描儀， 所以在零件測點時要做到有的放矢。值得注意的是除了掃描剖面、測分型線外，測輪廓線等特征線也是必要的，它會在構(gòu)面的時候帶來方便。二、連線1. 點整理 連線之前先整理好點， 包括去誤點、 明顯缺陷點。 同方向的剖面點放在同一層里，分型線點、孔位點單獨放一層，輪廓線點也單獨放一層，便于管理。通常這個工作在測點階段完成，也可以在UG軟件中完成。一般測量軟件可以預先設定點的安放層，一邊測點，一邊整理。2. 點連線 連分型線點盡量做到誤差最小并且光順。 因為在許多情況下分

9、型線是產(chǎn)品的裝配結(jié)合線。 對汽車、 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，利用鼠標拖動控制點。 調(diào)整 spline 經(jīng)常還要用到移動 spline 的一個端點到另一個點，使構(gòu)建曲面的曲線有交點。 但必須注意的是， 無論用什么命令調(diào)整曲線都會產(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)點是可以保證曲面邊界曲率的連續(xù)性，因為Though 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。初學逆向造型的時候， 兩個面之間往往有“折痕”， 這主要是由這兩個面不相切所致。解決這個問題可以通過調(diào)整參與構(gòu)面（ Though curve mesh ）曲線的端點與另一個面中的對應曲線相切，再加上Though cu

12、rve mesh 邊界相切選項即可解決。只有曲線相切才能保證曲面相切。另外， 有時候做一個單張且比較平坦的曲面時， 直接用點云構(gòu)面（ from pointcloud ）更方便。但是對那些曲率半徑變化大的曲面則不適用，構(gòu)造面時誤差較大。有時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)常要交替進行。曲面建成后，要檢查曲面的誤差，一般測量點到面的誤差，對外觀要求較高的曲面還要檢查表面的光順度。當一張曲面不光順時，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，刀路的計算量會減少，N6C件也小。四、構(gòu)體當外表面完成后， 下一步就要構(gòu)建實體模型。 當模型比較簡單且所做的外表面質(zhì)量比較好時， 用縫合增厚指令就可建立實體。 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 指令可同時選多個面或用窗口全選，這樣會提高效率。對于那些無法偏置的曲面，要學會分析原因。一種可能是由于曲面本身曲率太大，偏置后會自相交，導致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 ，基本會成功。偏置后的曲面有的需要裁剪， 有的需要補面， 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)外表面成一實體( solid )。最后再進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計，如加強筋、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的造型, 造型方法多種多樣，造型過程復雜.相對來說比較難掌握。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。所以我們在做產(chǎn)品時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撲關系抓住產(chǎn)品中的特征, 在抓住產(chǎn)品特征的基礎上確定面之間的拓撲關系 , 這樣才能快速、高質(zhì)量的完成。這在下面的實例中會陸續(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，所做出來的面就會扭曲。(2) 邊界線的制作必須滿足以下幾個

16、條件:a. 相鄰邊應盡量垂直, 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; 也就是在做線時能做直線的地方要作成直線, 不能做成直線時做成圓弧, 在直線和圓弧都不能做時才用樣條曲線, 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 , 盡量用倒圓連接.(4) 在橋接時不能在端點 , 必須回拉一點 ,( 做過頭往回割 ), 回拉時 , 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 . 做出人造測量點 .( 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、對逆向產(chǎn)品的要求1