摘要：目前在模具產(chǎn)品的開發(fā)制造過程中，幾何造型技術(shù)已相當(dāng)廣泛。但仍有許多產(chǎn)品并非由CAD模型描述，模具設(shè)計(jì)和制造者面對的是實(shí)物樣件。本章主要介紹適應(yīng)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，通過一定途徑，將實(shí)物轉(zhuǎn)化為CAD模型，使之能利用CAD、CAM等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行處理。

        目前，與這種從實(shí)物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型技術(shù)相關(guān)的技術(shù)，已發(fā)展成為CAD、CAM中的一個(gè)相對獨(dú)立的范疇，稱為“反求工程”（Reverse Engineering）。通過反求工程復(fù)現(xiàn)實(shí)物的CAD模型，使得那些以實(shí)物為制造基礎(chǔ)的產(chǎn)品有可能在設(shè)計(jì)與制造的過程中，充分利用CAD、CAM等先進(jìn)技術(shù)。由于反求工程的實(shí)施能在很短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確、可靠地復(fù)制實(shí)物樣件，因此反求工程成為當(dāng)前企業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)的熱門話題之一。 

        利用一些非專業(yè)的逆向設(shè)計(jì)軟件（如：UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）和一些專業(yè)的逆向設(shè)計(jì)軟件（如：Surfacer、CopyCAD、Trace等）進(jìn)行逆向造型是現(xiàn)階段反求工程在企業(yè)應(yīng)用的典型例子。由于公司新產(chǎn)品開發(fā)需要，筆者利用UG軟件進(jìn)行零件的反求在外形復(fù)雜的汽車沖壓件的逆向造型設(shè)計(jì)中取得較好應(yīng)用效果。我們選擇的測量設(shè)備是英國LK公司的三坐標(biāo)測量機(jī)，可以用來測量特征的空間坐標(biāo)、掃描剖面、測量分型線以及輪廓線。此設(shè)備獲得點(diǎn)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(shè)計(jì)軟件是很合適的。

UG的逆向造型遵循：點(diǎn)→線→面→體的一般原則。

一、測點(diǎn) 測點(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)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)測量機(jī)取點(diǎn)的效率大大低于激光掃描儀，所以在零件測點(diǎn)時(shí)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(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)工作在測點(diǎn)階段完成，也可以在UG軟件中完成。一般測量軟件可以預(yù)先設(shè)定點(diǎn)的安放層，一邊測點(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(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 pole選項(xiàng)，利用鼠標(biāo)拖動控制點(diǎn)。這里有許多選項(xiàng)，如限制控制點(diǎn)在某個(gè)平面內(nèi)移動、往某個(gè)方向移動、是粗調(diào)還是細(xì)調(diào)以及打開顯示spline的“梳子”開關(guān)等。另外，調(diào)整spline經(jīng)常還要用到移動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。模具設(shè)計(jì)與制造 

        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)面中的對應(yīng)曲線相切，再加上Though curve 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 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(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，一般測量點(diǎn)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(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(jì)算量會減少，NC文件也小。

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，這樣會提高效率。對于那些無法偏置的曲面，要學(xué)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(dǎo)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(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(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、安裝孔等。