石材是現(xiàn)代建筑裝飾的主要材料，簡單石材制品設(shè)計(jì)和加工比較容易，但對于復(fù)雜異型石材制
品還是很 困難 ，五 軸聯(lián) 動數(shù)控 加 工技 術(shù) 為復(fù) 雜異 型石材 制 品 的加 工提供 了一種行 之 有效 的手段 ．
通 過 對立體 人像 進(jìn) 行 逆 向建模 、數(shù) 控 編程 、仿 真 以及 對 刀具路 徑 進(jìn)行 優(yōu) 化 ，利 用 自行研 制 開發(fā)
的異 型石材 車銑 復(fù)合加 工 中心 (HTM50200)機(jī)床 進(jìn)行 加 工 ，提 高 了立體人像 加 工質(zhì) 量和效 率 ；首
次提 出了立體 人像 的參
0 引言
隨著人類物質(zhì)文化水平的提高以及建筑裝飾業(yè)的發(fā)展 。人們對建筑的裝飾要求也朝著美觀 、豪華、典雅的方向發(fā)展，對石材異型制品的需求越來越多 ，隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)制 造方 法和手 段不 斷涌現(xiàn) ，尤 其是 CAD／CAM／CAE，多軸加工技術(shù) ，仿真與優(yōu)化技術(shù) ，檢測技術(shù)等的發(fā)展 ，使復(fù)雜異型制品的設(shè)計(jì)、加工等不再難以實(shí)現(xiàn) 。利用虛擬制造技術(shù)在計(jì)算機(jī)上模擬真實(shí)加工 ，可以提高產(chǎn)品加工質(zhì)量 ，降低廢品率 ，縮短制造周期 ；通過對模 型的各個(gè)部分進(jìn)行參數(shù)化描述 ，并根據(jù)具體模型，對其各個(gè)部分進(jìn)行參數(shù)化控制 ，提高復(fù)雜異型制品模型的建模效率 。圖 1為異型 石材制品編程加工流程圖。
1 立體人像三維模型構(gòu)建
利用通用三維建模軟件UG，Pro/E,solidworks等可以很容易地對簡單模型進(jìn)行建模 ，但針對復(fù)雜模型 ，如立體人像等 ，常規(guī)建模有一定難度 ，本文人頭像建模是通過三維掃描設(shè)備采集立體人像三維模型數(shù)據(jù),并通過逆向軟件Imageware對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 、表面模型重構(gòu) ，再利用 UG和 Imageware對立體人像模 型與掃描點(diǎn)云進(jìn)行誤差分析和修改 ，如此往復(fù)，直至得到符合要求的三維CAD模型 。重構(gòu)完成之后的立體人像模型如圖2所示 。
2 立體人像的數(shù)控加工
2．1 立體人像參數(shù)化建模方法概述與工藝分析
（1）立體人像參數(shù)化建模方法概述。由于立體人像表面非常復(fù)雜，常規(guī)方法建模非常困難，為了提高設(shè)計(jì)效率，可以把立體人像的設(shè)計(jì)分成各個(gè)不同的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)立體人像模塊化的參數(shù)化建模。
根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以把人分為不同的種類；根據(jù)性別 ，可以把人分為男性和女性；根據(jù) 文化的不同 ，可以把人分為東方人和西方人；根據(jù)地域的不同，可以把人分為亞洲人，非洲人 。歐洲人等 ；還有很多的分類方法，例如：按年齡分 ，按體形分等等。
針對某一具體的人，可以把人的身體分成各個(gè)模塊，大體上包括：頭部模塊，面部模塊和支撐模塊 ；以頭部模塊為例 ，頭部模塊設(shè)計(jì)包括發(fā)型設(shè)計(jì) 、腦形設(shè)計(jì)和耳朵設(shè)計(jì)，而發(fā)型設(shè)計(jì) 又包 括 卷發(fā) 和直 發(fā) 的設(shè) 計(jì) ，無論是卷發(fā)還是直發(fā)又都有長短之分 以及是扎辮子還是披肩發(fā) 等等 ，通過對各 模塊進(jìn)行設(shè)計(jì) ，建立立體人像的材料庫 ，使得以后如果需要再構(gòu)建立體人像的模型 ，可以從材料庫中進(jìn)行加載 ，并通過修改參數(shù)和不同模塊的組合形式來建立不同的立體人像模 型，從而大大降低了設(shè)計(jì)難度 。提高了立體人像的設(shè)計(jì)效 率 ，簡化設(shè)計(jì)流程 。 圖3為 立體人像參數(shù)化建模的模塊化設(shè)計(jì)框架圖 。
(2)立體人像加工工藝分析 。由于模型表面復(fù)雜，某些局部非常陡峭 。又受刀具系統(tǒng)及機(jī)床系統(tǒng)的約束 。給加工帶來很大難度 。鑒于上述因素 ，采用粗加工 、半精加工 、精加工的方法進(jìn)行加工 。
2.2 立 體人像的五軸聯(lián)動加工程序編制
(1)粗加工程序編制 ：利用UG建模功能建立加工立體人像所需 的毛坯模型 ，大小為 (150x300)mm；設(shè)置加工 坐標(biāo) 系 ；創(chuàng)建程 序 ：rtx一5axis—machining，建 立 刀具系統(tǒng)，創(chuàng) 建 粗 加工 型腔 銑 操 作 ，選 擇 刀 具并 設(shè) 置 切 削參 數(shù)，生成 的粗 加工 刀具路 徑 。加工工藝規(guī)劃見表 1。
(2)半精加工與精加工程序編制。立體人像的半精加工程序編制時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題 ：首先，為了加工時(shí)刀具系統(tǒng)與樣件之間發(fā)生碰撞 ，要對刀軸進(jìn)行適當(dāng)而精準(zhǔn)的控制 ；其次 ，還要考慮實(shí)際加工中機(jī)床的運(yùn)動狀 態(tài) ；由此半精加工程序采用可變軸輪廓銑削 ，生成的半精加工與精加工部分刀具路徑 。
2．3 HTM50200異型石材車銑復(fù)合加工中心專用后置處理器的構(gòu)建
獲得立體人像刀具路徑文件后，通過配置專用后處理器 ，對路徑進(jìn)行特定處理 ，得到符 合數(shù)控機(jī)床所能識別的專用數(shù)控代碼文件 ，才能在實(shí)際的機(jī)床上進(jìn)行加工 ；因此 。應(yīng)根據(jù)機(jī)床具體信息構(gòu)建 HTM50200專用后處理器 。表 2為 HTM50200加工中心的部分參數(shù) 。
后置處理器構(gòu)建完成后 ，通過將指定的刀具路徑文件轉(zhuǎn)換成機(jī)床能夠識別的數(shù)控代碼文件。部分代碼 (略)。
2．4 五軸聯(lián)動數(shù)控加工刀具路徑的仿真
由于生成的程序大而抽象 ，不易檢查 ，對其刀路進(jìn)行虛擬仿真 ，不僅可以形象直觀的模 擬現(xiàn)場的加工過程，而且可以驗(yàn)證路徑可靠性以及參數(shù)設(shè)置合理性，大大縮短加工周期并降低生產(chǎn)成本，尤其是針對五軸聯(lián)動加工數(shù)控刀具路徑 ，通過對刀具路徑進(jìn)行仿真，檢驗(yàn)程序可靠性以及是否有干涉，如果仿真后的程序未達(dá)到預(yù)期效果，還要對其進(jìn)行修改和優(yōu)化，直至滿足加工要求。本文利用一種專用數(shù)控加工仿真 軟件 VERICUT對立體人像的數(shù)控代 碼文件進(jìn)行虛擬仿真驗(yàn)證。首先構(gòu)建機(jī)床三維運(yùn)動仿真模型。創(chuàng)建刀具庫、控制系統(tǒng)等，然后，加載程序進(jìn)行仿真 。
從仿真的效果可以看到 ，刀具的刀柄與立體人像的肩部發(fā)生了碰撞，為了有效的避免加工過程中因刀軸方向發(fā)生改變而引起刀具系統(tǒng)與工件或者機(jī)床發(fā)生碰撞。一般需要通過對刀具路徑進(jìn)行重新編排或者對刀軸方向進(jìn) 行 優(yōu)化 等方 法 ，使 之 避免 產(chǎn)生 干涉與碰撞，通過優(yōu)化刀具路徑，并對優(yōu)化后的刀具路徑進(jìn)行仿真，由仿真結(jié)果知之前的碰撞現(xiàn)象消失，見圖4。
至此?？梢猿醪酱_定，所生成的刀具路徑理論可行，滿足加工要求 。利用 HTM50200異型石材 車銑 加工中心對不必要的麻煩 。立體人像進(jìn)行加工，從加工的過程來看，程序運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)切削參數(shù)均能符合加工要求，加工中沒有干涉和碰撞現(xiàn)象出現(xiàn) ，從加工出的效果可以看出控機(jī)床對立體人像模型進(jìn)行加工，除了立體人像的某些極其細(xì)微的細(xì)節(jié)需要人工進(jìn)行后續(xù)修整外，其它部分加工出來的效果與掃描數(shù)據(jù)及實(shí)際模型是吻合的，由此可知，虛擬仿真效果與實(shí)際加工效果也吻合，圖5為立體人像的原始模型與加工后的模型。
3 結(jié)束語
(1)利用Imageware和UG。對立體人像的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得高質(zhì)量的三維模型。
（2根據(jù)現(xiàn)有理論，利用UG加工與仿真模塊對具有復(fù)雜曲面的立體人像進(jìn)行編程及仿真預(yù)驗(yàn)證。
(3)利用VERICUT仿真軟件構(gòu)建HTM50200加工中心三維運(yùn)動仿真模型，對立體人像進(jìn)行虛擬加工，驗(yàn)證加工程序的正確性和可靠性。
（4）首次提出立體人像的參數(shù)化建模技術(shù)，大大提高者機(jī)床發(fā)生碰撞。一般需要通過對刀具路徑進(jìn)行重新編了立體人像的建模效率，同時(shí)也為其他復(fù)雜異型制品的建模提供參考。
(5)通過利用數(shù)控機(jī)床對立體人像進(jìn)行試加工，加工出來的實(shí)際模型與理論模型效果一致，這有利于工程技術(shù)人員通過預(yù)先的虛擬仿真來避免實(shí)際加工中所帶來得不必要的麻煩 。
4 結(jié)束語
分界負(fù)荷開關(guān)是一種功能全新的戶外一次開關(guān)設(shè)備 ，可實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)故的自動隔離 ，從而防止用戶側(cè)事故波及電力公司的配電線路 ，確立事故責(zé)任分界點(diǎn) ，確 配電網(wǎng)的供電可靠性 。
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