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基于逆向工程的注塑模設(shè)計(jì)與制造

  在塑料產(chǎn)品的開發(fā)過程中,幾何造型技術(shù)已使用得相當(dāng)廣泛虏缸。但由于種種原因肝谭,模具企業(yè)從廠商接受的技術(shù)資料往往并非CAD的模型,而是由復(fù)雜的自由曲線曲面組成的實(shí)物樣件穴肘,若采用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品,生產(chǎn)周期長舔痕,成本高评抚,無法應(yīng)對(duì)瞬息萬變的塑料品市場(chǎng),而逆向工程(Reverse Engineering)為解決這一難題提供了便利伯复。因此逆向工程作為一門新興學(xué)科越來越受到人們的關(guān)注和重視慨代。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是以功能為基礎(chǔ)邢笙,通過方案設(shè)計(jì)、圖樣設(shè)計(jì)及產(chǎn)品制造品昭、裝配越化,以獲取產(chǎn)品實(shí)物作為最終目的,而逆向工程設(shè)計(jì)是針對(duì)現(xiàn)有工件侍融,尤其是復(fù)雜不規(guī)則的自由曲面疚逝,利用3D數(shù)字化測(cè)量?jī)x,準(zhǔn)確崇夫、快速地測(cè)量出輪廓坐標(biāo)值誊爵,并構(gòu)建曲面,經(jīng)編輯缭涣、修改后匆救,轉(zhuǎn)至一般的CAD/CAM系統(tǒng),將原有的實(shí)物或影像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字化模型热阁,再由CAM產(chǎn)生刀具的NC加工路徑并傳送至CNC機(jī)床扭妖,制作所需模具,或者生成STL文件荡明,用快速原型技術(shù)( RP) 將樣品模型制作出來捆革。

  根據(jù)樣品的三維數(shù)字化模型,可以反復(fù)修改模具型面尊勿,并自動(dòng)生成NC加工程序僧凤,從而大大提高模具生產(chǎn)效率,降低模具制造成本元扔。逆向工程技術(shù)在我國躯保,特別是在注塑行業(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

  1 逆向工程的結(jié)構(gòu)體系

目前逆向工程的工作流程如圖1所示澎语,主要由三部分組成:產(chǎn)品實(shí)物外形的數(shù)字化途事、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造擅羞。逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)采集尸变、數(shù)據(jù)處理和模型的重建。

  1.1 數(shù)據(jù)采集

  數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步减俏,其方法正確與否直接影響實(shí)物的二維召烂、三維幾何數(shù)據(jù),影響到重建的CAD實(shí)體模型的質(zhì)量娃承,并最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量奏夫。

  1.2數(shù)據(jù)處理

  對(duì)于獲取的一系列點(diǎn)云數(shù)據(jù)在進(jìn)行CAD模型重建前,必須進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換倒灰、噪聲濾除艳杯、平滑憎唯、對(duì)探測(cè)頭半徑補(bǔ)償?shù)忍幚怼?

  1.3 模型重建

  將處理過的測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD系統(tǒng),依據(jù)前面創(chuàng)建的曲線统褂、曲面構(gòu)建實(shí)物的三維數(shù)字化原型筛粘。

  2 塑料水壺模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造

  2.1水壺原型的數(shù)據(jù)采集

  使用PIX-30三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x掃描測(cè)量,得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)稼掏。首先將水壺固定在掃描平臺(tái)上熊倡,調(diào)整掃描探頭的掃描區(qū)域,使掃描區(qū)域正好包含水壺的最大尺寸叨连。然后進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量蚓橡,測(cè)量中點(diǎn)與點(diǎn)間距及掃描線與掃描線間距均可自由設(shè)定。測(cè)量數(shù)據(jù)以STL格式保存矛唤,便于以后用UG軟件打開抠佩。

  2.2 數(shù)據(jù)處理

  由于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量放法,誤差處理方式及周圍環(huán)境等因素的影響怜腊,使采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不可避免地受到噪音的污染肺然,同時(shí)在凹陷區(qū)肯定會(huì)產(chǎn)生測(cè)量盲區(qū),所以腿准,在反求模型之前必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯际起。刪除不需要的點(diǎn)數(shù)據(jù),過濾噪聲吐葱,減少點(diǎn)數(shù)據(jù)數(shù)目街望,在曲面的變化緩慢的地方取點(diǎn)密度較稀疏,在曲率變化較大部分要密集取點(diǎn)弟跑。對(duì)于采點(diǎn)盲區(qū)灾前,可以采用填充命令進(jìn)行修補(bǔ)。首先對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行去噪平滑處理孟辑,這樣修補(bǔ)后的模型整體光順性可得到進(jìn)一步提高哎甲。

  2.3水壺原型的重建

  在UG系統(tǒng)中,曲面是一種泛稱饲嗽,片體和實(shí)體的自由表面都可稱為曲面炭玫。UG曲面的數(shù)學(xué)性質(zhì)為B曲面,也就是NURBS( 非均勻有理B樣條) 曲面貌虾。B曲面由若干曲面片( 補(bǔ)片) 構(gòu)成蕴莉,其參數(shù)曲線是多段樣條;單補(bǔ)片曲面是貝塞爾曲面革秩,其參數(shù)曲線是單段樣條仓突,貝塞爾曲面是B曲面的特例。UG系統(tǒng)具有強(qiáng)大的曲面建模功能舌必,在設(shè)計(jì)時(shí)陷字,由點(diǎn)云數(shù)據(jù)先構(gòu)造曲線,再由曲線構(gòu)造曲面巫紧。創(chuàng)建自由曲線福吩,主要使用Spline(樣條曲線)命令。在UG中運(yùn)行Insert Curve Spline菜單命令痹对,出現(xiàn)Spline對(duì)話框扰褒。可在對(duì)話框中選擇Bypoles弦密、Through Poi nts贮芹、Fit及Perpendicular to Planes四種方式創(chuàng)建曲線。并可在后續(xù)步驟中進(jìn)行控制曲線階次與段數(shù)缨叫、曲線的分析顯示椭符、指定斜率和指定曲率等操作。

  一般地耻姥,為了提高最后的曲面質(zhì)量销钝,曲線的形狀要達(dá)到以下要求:沒有尖點(diǎn)、曲率變化均勻平滑琐簇、曲線上的控制點(diǎn)數(shù)量盡可能少蒸健。同時(shí)要保證曲線的整體特性,如凹凸性和光順性等婉商。利用預(yù)先構(gòu)造的曲線作為輸入數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲面是構(gòu)造曲面的主要放法似忧。主要命令為:Insert/Free From feature子菜單下的通過曲線創(chuàng)建片體( Through Curves)、通過曲線網(wǎng)格創(chuàng)建片體( Through Curve Mesh) 丈秩、通過曲線掃描創(chuàng)建片體(Sweep) 等盯捌。

  建立片體不是UG建模的目的,最終的目的是要建立實(shí)體模型癣籽。UG中可通過縫合挽唉、補(bǔ)片體、修剪實(shí)體筷狼、加厚片體等方法生成實(shí)體片家。

  2.4模具零件的生成

  模具設(shè)計(jì)的流程通常為:

  ( 1)制品設(shè)計(jì)( 直接創(chuàng)建三維模型或?qū)氲娜S模型) 。

  ( 2) 觀察分析實(shí)體模型的出模斜度和分型情況蛛惜。

  (3)設(shè)計(jì)模具的分型面肿兴、模腔布局、內(nèi)嵌件赞钧、推桿湖诅、澆口、冷卻和電極凌蝎。

  (4)初始化項(xiàng)目名稱匕伶、加載實(shí)體模型和單位塑汽。

  (5) 確定拔模方向、收縮率和成型鑲件括樟。

  (6)修補(bǔ)開放面态练。

  (7)定義分型面。

  (8)加入標(biāo)準(zhǔn)模架手浙、推桿聪僚、滑塊、內(nèi)抽芯和內(nèi)嵌件刊侯。

  (9)設(shè)計(jì)澆口章办、流道、冷卻滨彻、電極藕届、建腔和列材料清單。

  (10)利用UG的CAM模塊生成型芯亭饵、型腔的NC加工程序翰舌。

  利用UG中的注塑模具設(shè)計(jì)(Mold Wizard) 模塊,調(diào)入獲得的水壺原型冬骚,通過設(shè)定Z軸的正方向?yàn)轫敵龇较蛞渭O(shè)置模具坐標(biāo)系,取塑件的收縮率為1.005只冻,再通過設(shè)置成型鑲件庇麦、布局、修補(bǔ)喜德、建立分型線山橄、建立分型面,從而可以快速設(shè)計(jì)出注塑模的關(guān)鍵件沪择。

  2.5模具零件NC程序的生成

  將獲得的模具零件直接導(dǎo)入U(xiǎn)G的CAM模塊傅煎,根據(jù)曲面選擇不同的刀具和加工方式,設(shè)置合理的工藝參數(shù)羞烘、切削用量伴乐、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)。模擬仿真確認(rèn)無誤后蝉陕,選擇加工中心的后處理器擒抠,系統(tǒng)自動(dòng)生成銑削定位NCI 和NC文件,通過網(wǎng)線與機(jī)床通訊并實(shí)施加工拂极。

  將逆向工程技術(shù)應(yīng)用到注塑模的設(shè)計(jì)與制造中瑰跳,借助于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和UG軟件,通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理砰普、產(chǎn)品建模谁媳、模具設(shè)計(jì)、NC程序生成以及加工狗准⌒炯保可以大大縮短模具的設(shè)計(jì)與制造周期,加快產(chǎn)品的開發(fā)速度驶俊,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的精度,增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力免姿。特別是在零件形狀復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)與制造中饼酿,其優(yōu)勢(shì)更加明顯。因此胚膊,逆向工程的應(yīng)用故俐,將有助于提高整個(gè)模具的技術(shù)含量,提升模具企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力紊婉。


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