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，cAWCAE。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。

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。

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。通過對各個(gè)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。

　　(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Φ(150×300)mm；設(shè)置加工坐標(biāo)系；創(chuàng)建程序：rtx-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。

　　(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，可以初步確定。所生成的刀具路徑理論可行。滿足加丁要求。利用HTM50200異型石材車銑加工中心對立體人像進(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)，從加工出來的效果可以看出，利用數(shù)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發(fā)展趨勢極其細(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ImagewaIe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。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H1M50200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。