模具設(shè)計制造中的逆向工程技術(shù)

孫慶元 王建東

摘 要：文章介紹了目前制造業(yè)關(guān)注的熱點——逆向工程技術(shù)進行模具設(shè)計與制造的過程。逆向工程技術(shù)融合了多項先進的技術(shù)，可以有效縮短模具設(shè)計與制造的開發(fā)周期，并具有云數(shù)據(jù)處理功能。他利用逆向軟件Geomagic對模具進行各項工作。并以甲醇泵殼體的鋁合金壓鑄模為例，具體介紹了這項技術(shù)的流程。

關(guān)鍵詞：逆向工程；三維激光掃描儀；Geomagic；模具設(shè)計制造

1 產(chǎn)品的逆向設(shè)計

在生產(chǎn)中經(jīng)常需要通過已有的事物或者模型進行測量和數(shù)據(jù)收集，并通過三維幾何建模方法把實物重新在電腦軟件中構(gòu)建出來。方便進行下一步的優(yōu)化與設(shè)計。

1.1 點云數(shù)據(jù)采集

點云數(shù)據(jù)采集是逆向設(shè)計的必要過程，通過這一過程可以把實物的各項數(shù)據(jù)進行匯總分析，進而得出這個實物的模型。依靠云數(shù)據(jù)，利于解決諸多較難解決的問題，對于復雜模型的處理，這項技術(shù)更是為人們提供了極大的方便。

點云數(shù)據(jù)的處理可以劃分為兩個方式，采用非接觸式測量方式的數(shù)據(jù)處理具有方便使用，應(yīng)用范圍廣的特點，包括甲醇泵三維光學測量儀。采用接觸式的測量方法較為傳統(tǒng)，但是具有測量較為準確的特點，一般要求較高的測量，工程師還是會選擇接觸式測量，采用三維掃描軟件VXscan，他的精確度可以高達0.04mm，分辨率達0.05mm。甲醇泵殼體實物如圖1所示，先對其噴涂顯影劑，再進行掃描，獲得點云文件如圖2所示。

圖1 甲醇泵殼體實物 圖2 點云文件

1.2 點云數(shù)據(jù)處理

通過第一步的云數(shù)據(jù)采集，得到了大量的雜亂無章的一系列數(shù)據(jù)，根據(jù)掃描儀器的不同，這些點的數(shù)量在幾百個到幾百萬個之間不等。若要依靠人里來完成這些數(shù)據(jù)的處理顯然是不現(xiàn)實的，所以通過相關(guān)軟件，可以把空間里的點依據(jù)他們之間的關(guān)系來進行整理，使他們成為有規(guī)律的點集，在進行深度的處理模型的雛形便開始顯現(xiàn)。由于數(shù)據(jù)量很大，不可避免的會出現(xiàn)誤差和壞點，這就需要有經(jīng)驗的操控者來去除這些點。當做完這一項工作后，便可以創(chuàng)建CAD模型。

Geomagic軟件就是一種應(yīng)用廣泛的逆向建模軟件，點云的處理主要在GeomagicStudio中進行，其中包括：全局注冊、手動注冊、邊界優(yōu)化、清除噪點、補洞、合并、數(shù)據(jù)簡化與保存等相關(guān)步驟。點云數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可以建立大量曲線曲面的特征網(wǎng)格模型，形成模型框架。

通過Geomagic軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化后，接著采用NURBS曲面擬合算法進行擬合，這時一般會生成多個封閉并且光滑的曲面，再利用軟件帶有的優(yōu)化功能對這些曲面進行優(yōu)化，為下面的拼接打基礎(chǔ)。進行初拼接后一般要在進行剪裁，延伸等處理，這樣就能獲得完整的較完好的曲面模型。如圖3所示。而在保存文件時，要選擇IGS格式，IGS是UG、PROE等三維軟件識別的通用文件格式，這樣就能有效避免在不同的環(huán)境查看出現(xiàn)亂碼的情況，一般情況下還要對原有的數(shù)據(jù)刪除。

1.3 實體建模

用UGNX打開曲面文件，對Geomagic中未處理好的部分進一步進行修整，并用求得的曲面去切割實體，從而得到具有殼體形狀表面的模具型腔模型，如圖4所示。

2 模具制造

通過開創(chuàng)性的把逆向工程技術(shù)應(yīng)用在模具設(shè)計上，大大縮短了模具的設(shè)計周期，雖然這項工程的技術(shù)要求較高，但是他節(jié)約了勞動力，所創(chuàng)造的財富是毋庸置疑的。他帶來的好處不僅體現(xiàn)在收益上，在產(chǎn)品質(zhì)量上對模具也是一個很大的提升，在降低成本的同時卻提高了產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)了模具的批量生產(chǎn)。再加上通過與CAD/CAM相結(jié)合，是模具從設(shè)計到生產(chǎn)一條龍，在UGNX中完成了壓鑄模型腔模型后，可以直接在UGNX中的CAM模塊中完成其數(shù)控加工工藝設(shè)計，生成加工代碼，如圖5所示。最后，在高速加工中心上完成模具的加工，如圖6所示。

圖3 曲面模型 圖4 模具型腔模型

圖5 模具加工 圖6 模具型腔

3 結(jié)束語

逆向工程是一項極具有創(chuàng)新性的技術(shù)，對人的創(chuàng)新思維要求很高，另外它的綜合性很強，需要工作人員的知識面較為廣泛。它的關(guān)鍵在于云數(shù)據(jù)的處理，這也是這項工程難點，對于曲面的拼接的吻合度要求較高。但是這項工程的開創(chuàng)性的逆向思維，給模具的設(shè)計和優(yōu)化帶來了極大的方便，所以在高速發(fā)展的今天，這項技術(shù)顯得尤為重要。

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