模具設(shè)計(jì)制造中逆向工程技術(shù)的應(yīng)用探析

張 豐

撫順礦業(yè)集團(tuán)技師學(xué)院，遼寧撫順 113008

0 引言

在現(xiàn)實(shí)生活中，模具對(duì)于汽車、摩托車等的換型工作具有決定性的作用，就摩托車而言，以油箱為代表的沖壓件的質(zhì)量（包括外表、輪廓、型面等）會(huì)對(duì)機(jī)車整體外觀產(chǎn)生重要影響，這甚至?xí)?duì)該型號(hào)的摩托車所占的市場(chǎng)份額產(chǎn)生決定性的作用，因此，傳統(tǒng)的模具制造方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化模具的發(fā)展需求，這就需要逆向工程技術(shù)在這一領(lǐng)域發(fā)揮其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

1 傳統(tǒng)模具的設(shè)計(jì)與制造方法

就拿以熔模精密鑄造為制造工藝制成的一般機(jī)床零件來講，這屬于傳統(tǒng)模具制造的范疇。傳統(tǒng)的模具制造中，我們一般會(huì)采取以下兩種方法：一種是將等比例模型用液壓三次元靠模銑床制造出來，另一種是用立體雕刻機(jī)進(jìn)行制造，得出等比例模型之后再進(jìn)行生產(chǎn)。但是這種制造方法存在諸多漏洞，除了產(chǎn)品的尺寸圖檔無法進(jìn)行建立、手工修模數(shù)量巨大、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、成品修改困難或無法修改、制造周期長(zhǎng)之外，還存在產(chǎn)品間隙不均勻等情況，這無疑對(duì)后續(xù)的數(shù)控加工和質(zhì)檢工作帶來困難。由于實(shí)物鑄造模具在一定程度上也可歸納為產(chǎn)品，那就不可避免的存在偏差及收縮等情況，這樣的模具造出來的產(chǎn)品必定會(huì)存在這樣或那樣的缺陷。

2 模具設(shè)計(jì)制造中逆向工程技術(shù)應(yīng)用

2.1 相關(guān)實(shí)物的零件幾何建模

上游廠家提供的信息資料，不能保證每一次都是數(shù)據(jù)類型的三圍建模，應(yīng)該充分考慮到客戶所提供資料的全面性，這一方面有效的防止了模型設(shè)計(jì)單獨(dú)對(duì)CAD 的依賴性，另一方面，更能有效促進(jìn)逆向工程技術(shù)與CAD/CAM 系統(tǒng)的結(jié)合，提高模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

逆向工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及現(xiàn)階段三維空間的模擬仿真技術(shù)的實(shí)踐，為模型的設(shè)計(jì)帶來了新的發(fā)展空間，它極大的突破了原有條件對(duì)創(chuàng)新想法的限制，逐步將新穎的創(chuàng)新想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

2.2 CAD 模型下的數(shù)據(jù)建模

2.2.1 三維數(shù)據(jù)采集

為了使掃描零件這一過程更加方便和精確，就需要在掃面前對(duì)該零件做諸如設(shè)置參考點(diǎn)、噴涂顯像劑、軟件校準(zhǔn)、儀器校準(zhǔn)等前期準(zhǔn)備。本文中我們采用的是三維激光掃描抄數(shù)系統(tǒng)，通過對(duì)前期準(zhǔn)備時(shí)設(shè)置的一系列標(biāo)記進(jìn)行精確的掃描，在此基礎(chǔ)上對(duì)掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，這些數(shù)據(jù)可以在掃描頭上直接獲得。在掃描時(shí)，全新的自定位技術(shù)被應(yīng)用到這一過程中，將測(cè)量精度設(shè)置為0.1mm/0.5m，運(yùn)用十字激光掃描對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，最終會(huì)生成三角面。為了保障數(shù)據(jù)的精確無重疊，也為了使數(shù)據(jù)無冗雜，我們采用用.STL 格式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。掃描時(shí)，我們采用三維激光掃描系統(tǒng)全方位、多角度地對(duì)整個(gè)零件進(jìn)行掃描。

2.2.2 三維幾何建模

作為逆向工程的關(guān)鍵部分—幾何建模，其必須保證自身的關(guān)鍵部分—曲面構(gòu)建的科學(xué)性。建模過程看似簡(jiǎn)單，其實(shí)包含了復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。要想進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就需要相應(yīng)的圖形參與其中，這些圖形我們不僅可以通過數(shù)據(jù)調(diào)整、密集度修改、雜點(diǎn)去除這些方法獲得，還可以通過區(qū)域修剪、數(shù)據(jù)光順、尖角保留等方法獲得。

為了提取截面線，我們必須做出一系列的準(zhǔn)備，最主要的便是將零件點(diǎn)云進(jìn)行方位對(duì)齊；為了對(duì)齊零件點(diǎn)云，我們首先得運(yùn)用相關(guān)軟件對(duì)掃描獲得的點(diǎn)云文件進(jìn)行調(diào)入，接下來則需要有針對(duì)性（例如分析點(diǎn)云特征等）的做出相應(yīng)的輔助基準(zhǔn)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)不是一經(jīng)獲得就進(jìn)行處理，還需進(jìn)行一系列的后續(xù)優(yōu)化，因?yàn)檫@些初始數(shù)據(jù)往往存在諸多雜點(diǎn)，因此需要對(duì)這些雜點(diǎn)進(jìn)行過濾，然后進(jìn)行諸如平滑、補(bǔ)齊遺失點(diǎn)等后續(xù)優(yōu)化，只有這樣才能將不需要的數(shù)據(jù)處理掉，降低點(diǎn)云密度。只有這樣，才能加快數(shù)據(jù)的處理速度和準(zhǔn)確性，使得零件對(duì)稱基準(zhǔn)面得以有效構(gòu)建。

要想進(jìn)行模型的重新構(gòu)建，就必須重視特征線的有效提取。在這一過程中，諸如平面、內(nèi)孔、凹槽、圓柱面等二次曲面的區(qū)域要首先根據(jù)零件的外部特征劃分出來；接下來則需要分割零件點(diǎn)云，將二次曲面通過被分割的點(diǎn)云擬合構(gòu)造平面、內(nèi)孔、凹槽、圓柱面，除此之外，零件的外部特征也可以直接做出來。我們可以用兩條相交直線或三點(diǎn)來確定平面，可以用矢量或截面線來確定圓柱面或內(nèi)孔，這一過程要將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)和系統(tǒng)掃描數(shù)據(jù)結(jié)合起來。曲面的特征線需要根據(jù)自由曲面構(gòu)造出來。要想獲得自由曲面，我們必須先得到必要的截面線，這一截面線是根據(jù)零件點(diǎn)云做出的，在去除冗余點(diǎn)云的基礎(chǔ)上進(jìn)行雜點(diǎn)光順，然后將處理過的點(diǎn)云進(jìn)行擬合，得到曲線。

2.3 模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與制造

建成以上模型后，可以設(shè)計(jì)生成型模凹槽及鑲件等。要想生成模具的型腔，可以利用Pro/E 中的Model 等模塊，然后對(duì)型腔進(jìn)行處理，這需要用到Pro/E 中的Pro/ Manufacturing模塊，接下來需要生成粗精加工程序，這需要對(duì)新獲得的模型進(jìn)行NC 加工程序制作，需要用到Pro/E 中的Manufacturing模塊。在具體的操作之前，要不斷探索該設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案，優(yōu)化模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，保證形式、外觀與內(nèi)部的高度統(tǒng)一。在具體的實(shí)施過程中，為了避免加工時(shí)產(chǎn)生誤差，須提前驗(yàn)證機(jī)床的刀位。加工過程需用真實(shí)感圖形顯示技術(shù)形成動(dòng)態(tài)顯示；要想對(duì)模具進(jìn)行加工，必須將新生成的NC 加工的G 碼輸入五軸加工中心；最后對(duì)模具進(jìn)行電極加工。

2.4 模具的結(jié)構(gòu)評(píng)估與改進(jìn)

將2.2%的尺寸增加率運(yùn)用到陶瓷模精密制造法中，得到零件鑄造毛坯；在Pro/E 的Manufacturing 模塊中匯入前面得到的三維造型，得到新的Pro/ NC 文件，用這一文件對(duì)毛坯進(jìn)行進(jìn)一步的加工。對(duì)成型產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，確保所生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)，并逐步探索當(dāng)前產(chǎn)品的不足之處，并尋求更好的完善方案，只有這樣才能制造出符合要求的產(chǎn)品。

3 結(jié)論

綜上所述，將CAD/CAM 與逆向工程結(jié)合起來，可以大大促進(jìn)模具的設(shè)計(jì)與制造，不僅可以縮短周期，而且可以將模具設(shè)計(jì)制造與產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)生產(chǎn)緊密結(jié)合起來，使其得到系統(tǒng)集成，這將使得逆向工程技術(shù)在今后的模具制造中發(fā)揮更大的作用。

[1]陳靜媛.模具行業(yè)設(shè)計(jì)制造技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007(2)：174-176.

[2]黃平華，尹桂林，余震，等.逆向工程和數(shù)值模擬在汽車覆蓋件模具創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的綜合應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2007，35(10)：67-69.