異形件大多外形復(fù)雜，曲面特征多，在加工生產(chǎn)時，如何進(jìn)行準(zhǔn)確的定位測量，確定合理的加工余量？如何快速、精準(zhǔn)地設(shè)置機(jī)床加工刀路？這些一直是困擾行業(yè)的痛點(diǎn)。

傳統(tǒng)做法通常是先試切出基準(zhǔn)平面，再使用尺子、劃線機(jī)或三坐標(biāo)等測量方法確定加工余量，最后通過機(jī)床測頭打點(diǎn)定位進(jìn)行加工。然而，這種方法耗時耗力且只能測量部分尺寸，會導(dǎo)致加工不均勻、良品率低等問題。

本期我們將通過兩個異形件案例，來探討下激光3D掃描技術(shù)為機(jī)床加工定位測量提供的新方案、新思路。

Case 01 異形筒體件

客戶需求

該工件是不規(guī)則的筒體鑄件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因表面差異大，客戶原有的檢測方法，在測量后還需要控制機(jī)床不斷試切來確認(rèn)，導(dǎo)致加工效率低，而曲面、遮擋面等位置難以測量，又易造成加工余量不足或加工不到等問題。

客戶希望通過一種更便捷高效的測量方法，確保工件有均勻、合理的加工盈余量，并以機(jī)床坐標(biāo)系下的加工模型生成精準(zhǔn)刀路。

中觀方案

我們選用AtlaScan多模式多功能量測3D掃描儀，在工件安裝在加工中心的狀態(tài)下進(jìn)行掃描，同時獲取鑄件及機(jī)床平面的完整3D數(shù)據(jù)，通過與數(shù)模對比確定加工余量，再通過簡單的坐標(biāo)系移動對齊，便可得到機(jī)床加工定位模型，繼而生成加工刀路。

Step1：使用AtlaScan設(shè)備一次性掃描機(jī)床上的待加工鑄件和機(jī)床平面（作為加工定位基準(zhǔn)）。AtlaScan全新高幀率版掃描速率高達(dá)400萬次測量/秒，可以極速獲取表面3D數(shù)據(jù)，得益于增強(qiáng)的網(wǎng)格優(yōu)化功能，內(nèi)部的邊楞、拐角等難點(diǎn)部位，數(shù)據(jù)表現(xiàn)也都精準(zhǔn)、細(xì)膩。

Step2：將工件的掃描數(shù)據(jù)和數(shù)模導(dǎo)入PolyWorks軟件中進(jìn)行擬合，得到完整的彩色偏差圖，根據(jù)加工要求進(jìn)行調(diào)整確定加工余量。（該狀態(tài)為數(shù)模坐標(biāo)系）

Step3：通過掃描數(shù)據(jù)中的機(jī)床平面及導(dǎo)槽特征創(chuàng)建笛卡爾坐標(biāo)系，將整體掃描數(shù)據(jù)移動至機(jī)床坐標(biāo)系下。

Step4：將Step2確定了加工余量的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入對齊至Step3的機(jī)床坐標(biāo)系中，同時導(dǎo)出移動矩陣。利用該移動矩陣，可將工件數(shù)模進(jìn)行移動對齊，即由數(shù)模坐標(biāo)系移至機(jī)床坐標(biāo)系下，得到理想的機(jī)床加工模型，最后可導(dǎo)入至UG軟件生成加工刀路。

客戶價值

中觀的手持激光掃描方案結(jié)合PolyWorks軟件，首先帶來了效率的極大提升，客戶以原有方式需6小時才能完成定位加工，本方案僅2小時即可完成。

其次，非接觸掃描方式獲取的工件3D數(shù)據(jù)，以其準(zhǔn)確性和完整性，可以最大限度幫助客戶在加工前進(jìn)行分析調(diào)整，并快速確定加工刀路，從而避免了反復(fù)試切，大大提高生產(chǎn)良品率。

Case 02異形曲面件

客戶需求

該工件為異形曲面毛坯件，需要在機(jī)床上對工件外表面（圖示區(qū)域2）進(jìn)行加工，內(nèi)表面（圖示區(qū)域1）不用加工。由于工件表面缺少可作為定位基準(zhǔn)的恰當(dāng)特征，而客戶只有與實(shí)物相差較大的毛坯數(shù)模，目前無法精準(zhǔn)設(shè)置機(jī)床的加工刀路。

客戶希望找到一種簡單快速的測量方法，能夠確保工件加工余量，并巧妙設(shè)置機(jī)床的加工刀路。

中觀方案

我們?nèi)匀贿x用手持激光掃描結(jié)合PolyWorks軟件移動對齊的方案，但因?yàn)楣ぜ卣鞑煌?，該工件?shù)模又與實(shí)物相差較大，所以與上個案例相比，雖然基本方案思路一致，但在具體操作上做了靈活調(diào)整。

Step1：借助手持激光3D掃描儀AtlaScan掃描處于自由狀態(tài)下的異形曲面件，精準(zhǔn)獲取表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，保存工程文件。

Step2：再將工件焊接固定在工裝上（以工裝輔助作定位基準(zhǔn)，方便后續(xù)轉(zhuǎn)為機(jī)床坐標(biāo)系），打開Step1的工程文件繼續(xù)將工裝掃描完整，導(dǎo)出點(diǎn)云數(shù)據(jù)，保存工程文件。

Step3：將Step1得到的數(shù)據(jù)和毛坯件數(shù)模導(dǎo)入PolyWorks軟件，以內(nèi)表面進(jìn)行對齊，得到直觀的彩色偏差圖，調(diào)整外表面加工余量值為正，并導(dǎo)出該矩陣。

Step4：再導(dǎo)入Step2的掃描數(shù)據(jù)，利用矩陣進(jìn)行移動對齊坐標(biāo)系。

Step5：因?yàn)閿?shù)模與工件實(shí)物差異比較大，為避免加工時撞刀，還需要對Step4通過矩陣移動后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向，根據(jù)逆向數(shù)據(jù)再進(jìn)行加工刀路的設(shè)置。最后通過工裝上的定位基準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)床坐標(biāo)系找正，進(jìn)行加工。

客戶價值

客戶原先需要花費(fèi)一天左右的時間且難以得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，本方案僅用約1h即完成整個掃描對齊過程，為數(shù)控加工提供了“一舉多得”的數(shù)字化之道，實(shí)現(xiàn)了更加高效優(yōu)質(zhì)的加工過程，并大大降低生產(chǎn)成本。

行業(yè)價值

本期案例中使用的手持激光三維掃描技術(shù)，能夠以非接觸方式快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化，不但可以用于加工定位分析，在后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測、裝配生產(chǎn)和逆向設(shè)計等環(huán)節(jié)都大有“用武之地”。

它實(shí)時、高速、高精度的全數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)，和簡便、靈活、不受現(xiàn)場環(huán)境限制的獨(dú)特優(yōu)勢，在全球產(chǎn)業(yè)變革的背景下展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，隨著與制造技術(shù)的深度融合，這一新型測量技術(shù)正成為推動制造業(yè)生態(tài)變革的“數(shù)字化新引擎”。