VR/AR的曲面贴合技术

张永洁

（深圳市承熹机电设备有限公司，广东深圳 518000）

多年来，机械加工制造业在我国现代工业建设中发挥着重要的基础作用，结构庞大、零件多的大型机械设备的应用越来越受欢迎，同时也对精密复杂零件的制造加工提出了更高的要求。曲面贴合技术的应用在很大程度上解决了对高质量复杂零件制造加工的迫切需求。文中在简要概述VR/AR 技术的基础上，讨论了曲面贴合技术在机械复杂零件加工中的应用。

1 VR/AR技术概述

AR 技术是增强现实技术。该技术结合了现有的三维建模、多媒体、实时跟踪等多种技术，实现了一种新的人机交互方式。AR 技术可以将现实世界和虚拟世界的信息结合起来，同时展现出来，使得多方面的信息实现补充和叠加。VR 是一种虚拟现实技术，该技术采用了最先进的三维计算机图形技术、广角立体显示技术等。经过计算机仿真后，生成实时、动态且非常接近真实的三维场景，使用虚拟显示技术可以非常逼真地模拟视觉感知，此外还可以模拟听觉、触觉和嗅觉。当前VR 技术最常见的应用就是头戴显示器，如通过头戴显示器来观看VR 影片，使得观看效果达到最佳。虚拟现实的概念和理论早在20世纪90年代就出现了。20世纪90年代以后，虚拟现实技术的理论开始逐步完善。虚拟现实技术首先应用于游戏和娱乐行业，随后索尼、任天堂相继推出VR 技术头盔。正是VR 技术头盔的繁荣，使得虚拟现实技术正式从研究阶段过渡到应用阶段。目前，虚拟现实技术已广泛应用于科研、航空、军事等领域。许多施工企业在应用VR 技术和AR 技术时，往往被动地完成投标要求或业主的要求，未能从根本上认识到VR 技术和AR 技术的应用是工业革命的开端。因此，VR 技术和AR 技术的应用是非常被动的，未能充分发挥其有效性。

从AR 技术的发展、实现和利用水平来看，国内对其的重视程度还远远不够。与许多西方发达国家相比，我国对AR 技术的了解和利用还有很大的发展空间，在精度和物质资源方面的投入远远低于其他发达国家。要想真正地利用好AR 技术，就必须有一套系统的开发实施方案，真正了解AR 能给人们的生产生活带来什么样的体验。就近年来VR 在我国的普及程度而言，基于VR 技术的AR 技术也将有很大的发展空间。因此，加大对AR 技术的投入，充分利用AR 技术在各个领域进行应用，也将给人们的生产生活带来巨大的变化，并且也将会渗透到人们生活的各个方面。

2 曲面贴合技术概述

曲面贴合技术是指计算机辅助设计和制造技术，是数控技术的核心部分。在具体的应用中，必须借助一定曲面贴合技术来完成被加工零件的设计和编程。目前主流的凸轮数控技术便是曲面贴合技术，具有编程自动化、操作简单、硬件要求宽松等特点。它已应用于许多工业生产领域，如军事、航空航天、汽车制造等机械复杂零件的加工。从软件功能上看，曲面贴合技术涵盖了从被加工对象的几何设计到具体制造生产的诸多环节。技术人员仅通过构建加工对象的线框结构，就可以实现对机械复杂零件进行特定的加工制造过程，本软件还同时提供了建模和加工制造的功能。只要电脑设置刀具轨迹和工艺参数等的安排合理，便可自动生成可进行物理模拟的软件，以完成加工，无论多么复杂的零件被制造出来，均不需要人工进行，大大缩短了零部件的制造周期，具有传统手工编程无法比拟的优点。

3 机械复杂零件加工精度有效分析

机械复杂零件的加工工艺具有高效率、高精度的特点，它是对传统手工加工方式的突破。在当前数字化技术的应用和设计过程中，数控机床技术的应用也实现了零件加工的综合应用管理和控制。但是在机械复杂零件的实际加工过程中，也会受到相关因素的影响，导致加工精度下降。

（1）在机械复杂零件的加工会受到内部因素的干扰，导致加工精度下降。主要包括加工工艺流程、加工设备故障、加工人员操作技术、加工时间等因素。一旦在整个加工过程中出现加工问题，就会直接影响机械复杂零件的加工效果。保证机械加工的更加合理，需最大程度地提高机械复杂零件的加工质量。

（2）在机械复杂零件的加工还会受到外界因素的干扰。在机械复杂零件的实际加工过程中，外部的加工温度和加工外部的振动会直接影响加工精度，不利于对加工精度的控制。因此，在实际加工过程中，需要对加工进行全面的控制，以保证加工精度更加合理地进行。

4 VR/AR的曲面贴合技术在复杂零件加工中的应用分析

目前，我国机械制造业对VR/ AR 的曲面贴合技术的应用，是在技术人员的联合合作和计算机交互中完成的。以加工复杂零件为内容，目前的应用可分为以下几个部分。

4.1 分析零件的特点，确定零件的加工工艺

对复杂零件进行加工，编程技术人员首先需要对复杂零件的结构特征进行分析，从而确定与零件特征匹配的加工工艺。确定要采用的加工工艺后，需规划零件的加工顺序。在设计需注意尽量减少更换刀具的次数。任何复杂零件的制造加工都有一定的精度要求，技术人员应熟悉要制造加工的复杂零件的不同的精度要求。根据粗加工与精加工相结合的原理，先对零件表面进行粗加工，然后对关键零件进行精加工。

4.2 绘制复杂零件的几何模型

几何建模是采用VR/AR 的曲面贴合技术进行复杂零件加工的基础。如果说其他的与计算机技术相结合的零件加工工艺几何建模需要利用UG、AutoCAD等绘图软件，而且需要在绘图之后转化为图形文件，那么VR AR 的曲面贴合技术则可以以线框结构来构建，实现零件的二维和三维设计，体现着较强的便捷性。

4.3 确定加工复杂零件的刀具路径

在设计出复杂零件的图纸后，技术人员可以对其进行分析，在几何造型的基础上设定刀具轨迹，选择加工步骤。其中，要注意复杂零件粗加工和精加工要求的不同，对不同零件加工选择有针对性的刀具。VR/AR 的曲面贴合技术能够自动完成复杂零件加工中刀具轨迹数据的生成和分析，具有节省人力和技术人员精力的优点。

4.4 复杂零件的仿真切削和刀具路径模拟

在刀具轨迹选择和确定之后，有必要对VR AR的曲面贴合技术进行仿真加工。此时技术人员必须检查所设置的工艺参数，确定刀轨设置的合理性，提前仿真验证加工的可靠性，然后在此前提下开展对复杂零件的仿真切削与刀具路径模拟。这样，就可以把传统复杂零件加工制造过程中的试切这一环节省略，既缩短了零件生产周期，减少了零件制造原材料的浪费，又使复杂零件成品在计算机模拟之下快速直观地显示出来，有助于提高加工效率。

4.5 生成NC数控代码，利用数控设备开展加工

在这一阶段的应用中，技术人员需要将VR/AR的曲面贴合技术的几何图形文件和刀具路径文件转换成特定数控机床可接受的NC 代码。同时，需要将转换后的NC 代码转移到NC 设备上。由于流行的数控设备种类繁多，不同的设备有不同的后处理程序。因此，根据硬件设备的特点，选择合适的程序对接收到的NC 代码进行转换，并对零件进行实际加工。图1为曲面贴合机。

图1 曲面贴合机

5 VR/AR的曲面贴合技术在复杂零件加工中的应用技术形式

5.1 仿真数控加工

（1）构造复杂零件的三维几何结构。可以说，大多数VR/AR 的曲面贴合技术的制造过程都是在建模工作完成之后进行的。对于复杂零件进行的建模，技术人员可以选择其他专门的绘图软件对要加工的复杂零件进行结构设计，然后通过文件格式的转换输入到CAM 软件中，从而达到几何组成建模的目的。也可以直接使用线框绘图功能，使用凸轮软件本身对复杂零件进行建模。

（2）数控加工工艺的仿真与选择。复杂零件通常包括不同的外观和结构特征，并可能有孔、表面和凹槽等多种形状要求。这就要求技术人员掌握凸轮数控软件的刀具路径，选择不同的仿真工具进行开槽、加工曲面零件。

5.2 VR/AR的曲面贴合仿真技术

VR/AR 的曲面贴合技术提供了一种非常接近真实加工过程的仿真技术，可以极大地节约时间成本和材料试验和错误损失，把原本需要实地开展的复杂零件加工程序在很短的时间内得以模拟完成，短时间将复杂零件的成品展现在技术人员眼前，直观性鲜明。同时，它还有能够仿真反馈显示具体加工中刀具与零件加工材料的触碰情况，便于技术人员对复杂零件的加工精度的把握。VR/AR 的曲面贴合技术的实际效果取决于自动编程和技术人员设计和规划的加工工艺，以及刀具轨迹的运动。这就要求技术人员加深对VR/ AR 的曲面贴合技术的了解，结合复杂零件的制造理论和经验，科学合理地设置工艺方法和刀具路径。

5.3 VR/AR的曲面贴合技术的后处理技术

建模后的复杂零件制造的处理和模拟处理过程中，技术人员需要分析复杂零件的成品由数控凸轮软件来确定模拟成品图形是否满足设计图纸的规划和标准，以及批量生产的要求。在此基础上，需要确定数控加工程序。此时，VR/AR 的曲面贴合技术后处理技术尤为重要。可以对VR AR 的曲面贴合技术生成的加工数据代码进行分析和处理，并将其转换为特定的文件格式。技术人员借助该技术，可以对零件的数控加工文件进行进一步的修改和编辑，也可以对数控加工文件的质量进行反复检查，从而保证复杂零件设计兼顾成品的整体质量。

6 结束语

随着社会经济的快速发展，科学技术也得到了迅速的提高。目前，人类社会已经进入到了科技时代，科技也引领着各行各业的快速变革，这为人类社会未来的发展提供了非常有利的条件。国民经济的发展离不开工业的支持，所以工业要加快现代化建设。VR技术和AR 技术都有其独特的内在优势，将VR 技术和AR 技术结合在曲面设计技术中，可以大大提高工作效率，保证工作质量，尽可能缩短施工周期。虽然VR 技术和AR 技术在实际应用中还存在一些问题，但相信在不久的将来，随着现代科技的不断发展，VR 技术和AR 技术在工业设计领域的应用将有更大、更广泛的发展空间。