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？不借助于绘图、文档资料或者已有的计算机模型，将一个现有的工件、分总成、或者产品进行复制的过程，被称之为“逆向工程”。该过程通常需要有相应的硬件设备和软件来完成。2.什么场合需要逆向工程？·某一产品的原始制造商不再生产该产品；·原始产品设计时没有保留合适的文档资料；·原始制造商已经没有了，但是客户还需要它的产品；·原始设计的文档资料丢失或者根本就没有；·某个产品中不好的特征需要重新设计，比如,过度磨损的地方表示该处必须加以改进；·在长时间的使用之后，加强某个产品好的特征；·分析竞争对手产品好坏特点；·为改善产品的性能和特点而探索新的方法；·获得竞争对手的基准测试方法，理解竞争对手的产品来开发更好的产品；·原有的CAD模型不够支持现有的修改和加工方式；·原有的供应商不能或者不愿意提供额外的工件；·原有设备的制造商不愿意或者不能提供替换工件、或者因为唯一的工件来源而漫天要价；·用更现代的、廉价的技术来更新废弃的材料或者过时的加工工艺。3.逆向工程的过程：·明确系统的各个组件以及它们之间的内在联系；·以另外一种形式或者更高抽象的技术水平，来创建和表示系统；·建立该系统的物理表达形式。4.开始进行逆向工程之前，需要注意的几个重点逆向工程通过获取它的物理尺寸、特征和材料特性，可以复制某个现有的工件。在打算进行逆向工程之前，需要进行很好的费用/效益分析以评估逆向工程项目的合理性。典型地讲，如果被复制的东西有高价值，或者可以进行大规模的生产，逆向工程是比较节省费用的，具有较高的性价比。有时候，即使逆向工程不节省费用，但是某一个产品对于整个系统来说有至关重要，对它进行逆向工程操作也是必须的。5.使用CAD集成逆向工程概念的产品开发机械零件的逆向工程包括使用使用激光扫描头（仪）或者计算机层析（CT）获取三维点云。使用表面点云来表示工件的几何形状是创建参数化表面模型的第一步。使用逆向工程软件从点云创建一个好的三角片网格模型。然后将三角片云图进行整合、光顺和优化，得到干净均匀的高质量三角片模型，然后对模型进行分析并为CAM（计算机辅助2加工）产生刀具加工路径。对于某些产品的表面或者部分尺寸要求比较高的，则可以将三角片模型导入CAD软件生成NURBS（非均匀有理样条）曲线或者NURBS曲面做进一步的精炼、分析、修改并生成加工路径。最后CAM生产出物理零件。6.技术服务·接触和非接触式（激光）扫描；·物理零件与CAD模型偏差分析；·尺寸检测和评估；7.逆向工程所需的要素·数字化或者扫描硬件（转台式扫描机、便携式扫描仪、激光扫描头与三坐标测量机、激光扫描头与关节臂、激光扫描头与雕刻机等）；·云图逆向工程软件（比如NXCLONE、IMAGEWARE（SURFACER）、GOEMAGIC、POLYWORK等）·CAD设计软件（比如UGNX，PRO-E，SOLIDWORK等）；8.逆向工程的应用在很多领域里逆向工程早已司空见惯，诸如娱乐、汽车、消费产品、微器件、电子和机械设计等。比如，有一台新型机器上市，竞争对手制造商可能买一台，将它拆散以学会如何建造，弄明白它是怎么工作的。在建筑、造船等行业，桥梁、建筑及船壳可以从过去成功的例子中复制，这样可以减少失败的几率。在很多场合，设计人员使用油泥、石膏、木材、泡沫乳胶等材料，将他们的设想做成某一形状。但是为了能够加工零件，需要CAD模型。随着产品的外形越来越大越接近自然形状，在CAD里面进行设计会面临很大的挑战，有时侯甚至不可能；没法保证CAD模型能够与手工雕刻的模型足够地接近，特别是在某些局部区域。逆向工程为这一问题提供了一种有效的解决手段，因为这里的物理模型是CAD模型的可靠信息来源，这也被称之为工件-CAD过程。逆向工程一个另外的原因是压缩产品开发的时间。在非常竞争激烈的全球化市场，制造商不断地寻求新的方法来缩短新产品投放市场的时间。快速产品开发（RPD）指的就是新近开发的技术和工艺可以帮助制造商和设计人员满足减少产品开发时间的需要。例如，精密注塑模具公司必须大幅降低工具和模具的开发时间。通过使用逆向工程，可以迅速地以数字形式捕获三维产品或模型、重新建模、导出给快速成型或者快速加工。现代三维CAD设计工具已经帮助机械设计实现了革命性的变化。三维扫描头与三坐标测量机（CMM）可以抄数各种组件，实现信息屏幕化，然后进行三维建模。最新的三维扫描系统其精度已经能够完成从局部尺寸的分析到更高程度的产品定型方面的工作。跟汽车工业一样，逆向工程在机械加工和航空制造方面也能胜任，因为这些领域的机械设计需要跨越很长的时间段，在期间有些组件可能已经成旧过时。因此逆向工程在重新制造这些后市场零件就有了用武之地。3二、UG的逆向造型遵循：点→线→面→体的一般原则。一、测点测点之前规划好该怎么打点。由设计人员提出曲面打点的要求。一般原则是在曲率变化比较大的地方打点要密一些，平滑的地方则可以稀一些。由于一般的三坐标测量机取点的效率大大低于激光扫描仪，所以在零件测点时要做到有的放矢。值得注意的是除了扫描剖面、测分型线外，测轮廓线等特征线也是必要的，它会在构面的时候带来方便。二、连线1.点整理连线之前先整理好点，包括去误点、明显缺陷点。同方向的剖面点放在同一层里，分型线点、孔位点单独放一层，轮廓线点也单独放一层，便于管理。通常这个工作在测点阶段完成，也可以在UG软件中完成。一般测量软件可以预先设定点的安放层，一边测点，一边整理。2.点连线连分型线点尽量做到误差最小并且光顺。因为在许多情况下分型线是产品的装配结合线。对汽车、摩托车中一般的零件来说，连线的误差一般控制在0.5mm以下。连线要做到有的放矢，根据样品的形状、特征大致确定构面方法，从而确定需要连哪些线条，不必连哪些线条。连线可用直线、圆弧、样条线（spline）。最常用的是样条线，选用“throughpoint”方式。选点间隔尽量均匀，有圆角的地方先忽略，做成尖角，做完曲面后再倒圆角。3.曲线调整因测量有误差及样件表面不光滑等原因，连成spline的曲率半径变化往往存在突变，对以后的构面的光顺性有影响。因此曲线必须经过调整，使其光顺。调整中最常用的一种方法是EditSpline,选Editpole选项，利用鼠标拖动控制点。调整spline经常还要用到移动spline的一个端点到另一个点，使构建曲面的曲线有交点。但必须注意的是，无论用什么命令调整曲线都会产生偏差，调整次数越多，累积误差越大。误差允许值视样件的具体要求决定。三、构面运用各种构面方法建立曲面，包括ThoughCurveMesh、ThoughCurves、Rule、Swept、Frompointcloud等。构面方法的选择要根据样件的具体特征情况而定。笔者最常用的是ThoughCurveMesh，将调整好的曲线用此命令编织成曲面。Thoughcurvemesh构面的优点是可以保证曲面边界曲率的连续性，因为Thoughcurvemesh可以控制四周边界曲率（相切），因而构面的质量更高。而Thoughcurves只能保证两边曲率，在构面时误差也大。假如两曲面交线要倒圆角，因Thoughcurvemesh的边界就是两曲面的交线，显然这条线要比两个ThoughCurves曲面的交线光顺，这样Blend出来的圆角质量是不一样的。初学逆向造型的时候，两个面之间往往有“折痕”，这主要是由这两个面不相切所致。解决这个问题可以通过调整参与构面（Thoughcurvemesh）曲线的端点与另一个面中的对应曲线相切，再加上Thoughcurvemesh边界相切选项即可解决。只有曲线相切才能保证曲面相切。另外，有时候做一个单张且比较平坦的曲面时，直接用点云构面（frompointcloud）更方便。但是对那些曲率半径变化大的曲面则不适用，构造面时误差较大。有时面与面之间的空隙要桥接（Bridge），以保证曲面光滑过渡。在构建曲面的过程中，有时还要再加连一些线条，用于构面。连线和构面经常要交替进行。曲面建成后，要检查曲面的误差，一般测量点到面的误差，对外观要求较高的曲面还要检查表面的光顺度。当一张曲面不光顺时，可求此曲面的一些Section，调整这些Section使其光顺，再利用这些Section重新构面，效果会4好些，这是常用的一种方法。构面还要注意简洁。面要尽量做得大，张数少，不要太碎，这样有利于后面增加一些圆角、斜度、增厚等特征，而且也有利于下一步编程加工，刀路的计算量会减少，NC文件也小。四、构体当外表面完成后，下一步就要构建实体模型。当模型比较简单且所做的外表面质量比较好时，用缝合增厚指令就可建立实体。但大多数情况却不能增厚，所以只能采用偏置（Offset）外表面。用Offset指令可同时选多个面或用窗口全选，这样会提高效率。对于那些无法偏置的曲面，要学会分析原因。一种可能是由于曲面本身曲率太大，偏置后会自相交，导致Offset失败（有些软件的算法与此算法不同，如犀牛王就可Offset那些会产生自相交的曲面），如小圆角；另一种可能是被偏置曲面的品质不好，局部有波纹，这种情况只能修改好曲面后再Offset；还有一些曲面看起来光顺性很好，但就是不能Offset，遇到这种情况可用ExtractGeometry成B曲面后，再Offset，基本会成功。偏置后的曲面有的需要裁剪，有的需要补面，用各种曲面编辑手段完成内表面的构建，然后缝合内外表面成一实体（solid）。最后再进行产品结构设计，如加强筋、安装孔等。三、做逆向产品的一般步骤逆向造型是三维造型中最高级的造型,造型方法多种多样，造型过程复杂.相对来说比较难掌握。1.确定产品的拔模方向:拔模方向在造型中非常重要,它要影响以后的开模。所以我们在做产品时一定要注意拔模方向,不能使做出来的产品产生倒拔模,如果倒拔模,模具就开不出来,这样做出来的产品就不符合要求.2.面的分析:面的分析在造型过程中特别重要,只有深刻理解产品的面与面之间的拓扑关系抓住产品中的特征,在抓住产品特征的基础上确定面之间的拓扑关系,这样才能快速、高质量的完成。这在下面的实例中会陆续介绍.3.面的做法:(1)所有构造线必须光顺连接,也就是相切或曲率连续,这样做出来的面才能光顺。如果不光顺连接，所做出来的面就会扭曲。(2)边界线的制作必须满足以下几个条件:a.相邻边应尽量垂直,角度不能太大.b.同类型的构造线要尽量平行，线的长度要尽可能差不多,不能相差太大。c.所有构造线尽量在一个平面内，并且和最终所做的平面垂直.d.疏密有致,也就是说在我们所要做的面变化比较大的地方取的构造线要密，在变化不大的地方构造线要稀。4.线的做法(1)先直后圆,再样条曲线;也就是在做线时能做直线的地方要作成直线,不能做成直线时做成圆弧,在直线和圆弧都不能做时才用样条曲线,在做的过程中要尽量用圆弧.5(2)尽量做成平面线,而不是三维空间线.(3)在平缓的地方桥接时,尽量用倒圆连接.(4)在桥接时不能在端点,必须回拉一点,(做过头往回割),回拉时,桥接线不能超过两边的原始线,必须使桥接的线在原始线内部,这样所做出来的线才完全是凸曲线.(5)在做样条曲线时一定要用fit做,不能用其它几种方法.(6)在边界线上用构造线所在的平面求出交点.做出人造测量点.(可以通过offset分段偏置)用尽量少,尽量简单的线,在允许的范围内作出符合要求的曲线(直线,圆弧)四、对逆向产品的要求1.特征明显,2.面光顺,3.过点逆向造型的原理是相同的,但做的方法很多,在做同样的物体时可能有很多种方法,每个人每一次做出来的面都不一样,学生在掌握了普通方法后可以自己试着用其它方法来做,从中理解逆向造型的原理.思路和方法,自己也可以总结出一些小技巧.以提高造型的质量.五、建模过程的小技巧1.先构大面,尽量做到最大2.对于复杂曲面尽量用非参方式建模.3.倒圆角时先大后小先少后多同类型的边一起倒先支路后干路4.先难后易5.消失面用桥接6.圆角倒不过切四边7.最小半径常分析