摘要：目前在模具產品的開發(fā)制造過程中，幾何造型技術已相當廣泛。但仍有許多產品并非由CAD模型描述，模具設計和制造者面對的是實物樣件。本章主要介紹適應先進制造技術的發(fā)展，通過一定途徑，將實物轉化為CAD模型，使之能利用CAD、CAM等先進技術進行處理。

        目前，與這種從實物樣件獲取產品數(shù)學模型技術相關的技術，已發(fā)展成為CAD、CAM中的一個相對獨立的范疇，稱為“反求工程”（Reverse Engineering）。通過反求工程復現(xiàn)實物的CAD模型，使得那些以實物為制造基礎的產品有可能在設計與制造的過程中，充分利用CAD、CAM等先進技術。由于反求工程的實施能在很短的時間內準確、可靠地復制實物樣件，因此反求工程成為當前企業(yè)先進制造技術的熱門話題之一。 

        利用一些非專業(yè)的逆向設計軟件（如：UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）和一些專業(yè)的逆向設計軟件（如：Surfacer、CopyCAD、Trace等）進行逆向造型是現(xiàn)階段反求工程在企業(yè)應用的典型例子。由于公司新產品開發(fā)需要，筆者利用UG軟件進行零件的反求在外形復雜的汽車沖壓件的逆向造型設計中取得較好應用效果。我們選擇的測量設備是英國LK公司的三坐標測量機，可以用來測量特征的空間坐標、掃描剖面、測量分型線以及輪廓線。此設備獲得點的數(shù)據(jù)量不像激光掃描儀掃描的那么大，所以用一些非專業(yè)的逆向設計軟件是很合適的。

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型線是產品的裝配結合線。對汽車、摩托車中一般的零件來說，連線的誤差一般控制在0.5mm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，對以后的構面的光順性有影響。因此曲線必須經過調整，使其光順。調整中最常用的一種方法是Edit Spline,選Edit pole選項，利用鼠標拖動控制點。這里有許多選項，如限制控制點在某個平面內移動、往某個方向移動、是粗調還是細調以及打開顯示spline的“梳子”開關等。另外，調整spline經常還要用到移動spline的一個端點到另一個點，使構建曲面的曲線有交點。但必須注意的是，無論用什么命令調整曲線都會產生偏差，調整次數(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、構面 運用各種構面方法建立曲面，包括Though Curve Mesh、Though Curves、Rule、Swept、From point cloud 等。構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，將調整好的曲線用此命令編織成曲面。Though curve mesh構面的優(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），因而構面的質量更高。而Though curves 只能保證兩邊曲率，在構面時誤差也大。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。模具設計與制造 

        解決這個問題可以通過調整參與構面（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 curve 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，直接用點云構面（from point cloud）更方便。但是對那些曲率半徑變化大的曲面則不適用，構造面時誤差較大。有時面與面之間的空隙要橋接（Bridge），以保證曲面光滑過渡。 在構建曲面的過程中，有時還要再加連一些線條，用于構面。連線和構面經常要交替進行。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，調整這些Section使其光順，再利用這些Section重新構面，效果會好些，這是常用的一種方法。 構面還要注意簡潔。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，NC文件也小。

四、構體 當外表面完成后，下一步就要構建實體模型。當模型比較簡單且所做的外表面質量比較好時，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不同，如犀牛王就可Offset那些會產生自相交的曲面），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表面的構建，然后縫合內外表面成一實體（solid）。最后再進行產品結構設計，如加強筋、安裝孔等。