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第八章 仿形数字化加工技术. 8.1.1.1 液压和电触发仿形. 产生于五、六十年代。. 8.1.1.2 新型的 数控仿形 机床. 七十年代出现。是在计算机数控的基础上，采样三维模拟仿形仪的压偏信号，利用相应的系统控制软件，进行控制计算，向各个坐标轴发出运动指令，实现模型表面的自动跟踪扫描，与此同时，刀具完成工件的加工。. 8.1 概述. 8.1.1 仿形加工及数字化加工. 仿形加工的局限性：. 只能加工出与实物模型相同的工件，不能进行对称形状的镜像加工、比例缩放加工、凸凹模加工等；.
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8.1.1.1液压和电触发仿形 产生于五、六十年代。 8.1.1.2 新型的数控仿形机床 七十年代出现。是在计算机数控的基础上，采样三维模拟仿形仪的压偏信号，利用相应的系统控制软件，进行控制计算，向各个坐标轴发出运动指令，实现模型表面的自动跟踪扫描，与此同时，刀具完成工件的加工。 8.1 概述 8.1.1 仿形加工及数字化加工
仿形加工的局限性： • 只能加工出与实物模型相同的工件，不能进行对称形状的镜像加工、比例缩放加工、凸凹模加工等； • 加工时必须有实物模型，边仿形边加工，因而其仿形速度受到低切削速度的影响；由于被仿形模型与待加工的毛坯必须同时安装在机床上，因此通常仿形机床的工作台至少应是被仿形模型的两倍以上； • 仿形加工时仿形仪触指的尺寸必须与加工刀具一致；完成一个工件粗精加工的不同阶段必须选用不同规格的刀具和仿形仪触指进行多次重复仿形加工； • 控制系统必须是专用的仿形系统。
8.1.1.3 新型的数字化加工技术 产生于八十年代初。扫描过程与加工过程不是同时进行的。 扫描——采用模拟式扫描测头沿着未知模型的表面连续接触，采集模型表面的坐标值，把采集的数据存入计算机中。 数据处理——根据模具制造的需要，可以对扫描模型数据进行阴阳模转换、比例缩放、镜像、旋转、平移等处理，然后生成需要的CNC加工程序，也可以生成各种不同格式的CAD数据，送到其他CAD/CAM系统中进行进一步处理。 数控加工。
8.1.1.4 非接触式激光扫描技术 九十年代出现。可以对多种材料的模具进行非接触式的数字化采集。 但激光数字化采集也存在着严重缺点：为防止杂散反射，测量前需对工件表面进行处理，通常是在工件表面喷上一层白色粉末；当被测表面的倾角超过45º时，会出现一个辐射盲区，称为阴影效应，从而不能准确测量工件表面的坐标位置。虽然可通过多轴控制来减少或消除阴影效应，但增加了系统的成本；精度较低。
8.1.2 数字化扫描系统典型产品介绍 8.1.2.1 采用模拟扫描测头的扫描系统 英国Renishaw公司的扫描系统是采用模拟扫描测头的扫描系统典型产品，可分为两类，即用于数控机床的扫描系统（Retroscan、Retroscan200和Retroscan350）和高速扫描机（Cyclone）。
8.1.2.2 采用激光扫描测头的扫描系统 英国3D Scanners公司生产的Reversa是一个双视窗非接触式激光扫描头，可装配在CNC机床、CMM三坐标测量机上作高速和精准的扫描，所得物件三维数据能够直接转化成一些标准格式的挡案，配合反求工程软件（如Surfacer）或CAD/CAM系统（如UG，Pro-E或CADDSS等），便可直接应用于产品设计开发、模具制造、珠宝设计、快速成形、广告动画及医学等领域。Reversa具有每秒15000点的扫描速度、精度高、多角度扫描、四轴全自动扫描、五轴测头减少死角的特点。
8.1.3 常用测头类型 接触式模拟测头 接触式触发式测头 非接触式激光测头
信号 处理 电路 模板 外壳 x o 硅油 弹簧片 LVDT y o 动体 z o 密封圈 z 仿形指 x o y 8.2 曲面跟踪原理 8.2.1 三维接触式模拟仿形仪的基本结构
次级线圈A 初级线圈 次级线圈B 磁屏蔽 铁芯 8.2.2 差动变压器的基本工作原理 LVDT——linear variable differential transformer
8.2.3.1 无摩擦理想情况 Z VT C z X O x P N 无摩擦时测头的运动 8.2.3 轮廓跟踪算法 在平面轮廓的跟踪扫描过程中，测头触指球端压向模型表面，在法向反力的作用下，球端中心C产生一空间压偏量。假设球端与模型表面间无摩擦力，则CO连线为球端与模型表面接触点P处的模型法线方向。控制测头中心O不断地沿接触点P的切线方向运动，即可实现对模型的自动跟踪扫描。
设切线方向的速度为 ，则其在X、Z方向的分量 和 分别为 （8-1） 式中为 合成压偏量 。当沿测头前进的方向看去，模型在测头的右侧时，取上部符号；模型在测头的左侧时，取下部符号。 和 在测头坐标系中是带符号的，所以上式适用于任意象限。
8.2.3.2 有摩擦实际情况 Z VT V C z X x O VR P 有摩擦时测头的运动 实际上，由于球端与模型表面存在摩擦力，CO连线与P点的法线不再重合，若仍然按上式控制测头的运动，将导致测头的压偏量增大或减小，造成测头过压或离模，因此必须在CO方向加一速度使测头的合成速度V和模型表面切线平行。
（8-2） VR的方向和大小应保证综合压偏量δ为规定值δ0，取偏离的误差为 ε = δ - δ0。用ε调节VR，使 ε 减至最小或零，则有 式中K为比例系数，于是VR的在X、Z方向的分量VRX、VRX为 综合式（8-1）和（8-2），得
8.2.3.3 三维曲面跟踪 在三坐标铣床上进行三维曲面的跟踪扫描时，测头的跟踪运动仍然在某一平面内进行，通过对其垂直坐标方向的周期进给，实现分层扫描，最后完成整个曲面的扫描测量。
本系统存在的问题和不足之处，真诚欢迎各位老师和同学指正。本系统存在的问题和不足之处，真诚欢迎各位老师和同学指正。 真诚感谢学校和学院在课件研制期间提供的一切帮助。 大连理工大学机械工程学院 2009年7月
