在线咨询
产品列表
24小时服务热线
020-31056916
186 2000 9897
技术支持
沙盘模型设计制造新技术——逆向工程

    在开发模型产品的时候,工程师广泛使用几何造型。很多时候。模型设计制造公司拿到的资料不是CAD模型,往往是复杂的自由曲线曲面实物样品,传统的模型制造方法周期太长,成本高,模型制造市场瞬息万变,用逆向工程的思维可以解决这一问题。越来越多的人在研究逆向工程。传统模型设计主要研究功能,然后设计图样、图样设计经过繁琐的工序完成产品制造品,逆向工程利用现有水平,简化工艺流程,快速完成样品制作。
  
    在塑料产品的开发过程中,几何造型技术已使用得相当广泛。但由于种种原因,模具企业从厂商接受的技术资料往往并非CAD的沙盘模型,而是由复杂的自由曲线曲面组成的实物样件,若采用传统的方法设计制造产品,生产周期长,成本高,无法应对瞬息万变的塑料品市场,而逆向工程(Reverse Engineering)为解决这一难题提供了便利。因此逆向工程作为一门新兴学科越来越受到人们的关注和重视。传统的设计方法是以功能为基础,通过方案设计、图样设计及产品制造、装配,以获取产品实物作为最终目的,而逆向工程设计是针对现有工件,尤其是复杂不规则的自由曲面,利用3D数字化测量仪,准确、快速地测量出轮廓坐标值,并构建曲面,经编辑、修改后,转至一般的CAD/CAM系统,将原有的实物或影像转化为计算机上的三维数字化模型,再由CAM产生刀具的NC加工路径并传送至CNC机床,制作所需模具,或者生成STL文件,用快速原型技术( RP) 将样品模型制作出来。
  
    根据样品的三维数字化,可以反复修改模具型面,并自动生成NC加工程序,从而大大提高模具生产效率,降低模具制造成本。逆向工程技术在我国,特别是在注塑行业有着十分广阔的应用前景。
  
    1.逆向工程的结构体系
  目前逆向工程的工作流程如图1所示,主要由三部分组成:产品实物外形的数字化、CAD模型重建、产品或沙盘模型制造。逆向工程的关键技术是数据采集、数据处理和模型的重建。
  
    1.1数据处理
  对于获取的一系列点云数据在进行CAD模型重建前,必须进行格式的转换、噪声滤除、平滑、对探测头半径补偿等处理。
  
    1.2 重建
  将处理过的测量数据导入CAD系统,依据前面创建的曲线、曲面构建实物的三维数字化原型。
  
    1.3 数据采集
  数据采集是逆向工程的第一步,其方法正确与否直接影响实物的二维、三维几何数据,影响到重建的CAD实体模型的质量,并最终影响产品的质量。
  
    2 塑料水壶模具的数字化设计与制造
  2.1水壶原型的数据采集
  使用PIX-30三坐标测量仪扫描测量,得到点云数据。首先将水壶固定在扫描平台上,调整扫描探头的扫描区域,使扫描区域正好包含水壶的最大尺寸。然后进行自动测量,测量中点与点间距及扫描线与扫描线间距均可自由设定。测量数据以STL格式保存,便于以后用UG软件打开。图2为水壶样品的三维扫描点云数据。
  
    2.2水壶原型的重建
  在UG系统中,曲面是一种泛称,片体和实体的自由表面都可称为曲面。UG曲面的数学性质为B曲面,也就是NURBS( 非均匀有理B样条) 曲面。B曲面由若干曲面片( 补片) 构成,其参数曲线是多段样条;单补片曲面是贝塞尔曲面,其参数曲线是单段样条,贝塞尔曲面是B曲面的特例。UG系统具有强大的曲面建模功能,在设计时,由点云数据先构造曲线,再由曲线构造曲面。创建自由曲线,主要使用Spline(样条曲线)命令。在UG中运行Insert Curve Spline菜单命令,出现Spline对话框。可在对话框中选择Bypoles、Through Poi nts、Fit及Perpendicular to Planes四种方式创建曲线。并可在后续步骤中进行控制曲线阶次与段数、曲线的分析显示、指定斜率和指定曲率等操作。
  一般地,为了提高最后的曲面质量,曲线的形状要达到以下要求:没有尖点、曲率变化均匀平滑、曲线上的控制点数量尽可能少。同时要保证曲线的整体特性,如凹凸性和光顺性等。利用预先构造的曲线作为输入数据创建曲面是构造曲面的主要放法。主要命令为:Insert/Free From feature子菜单下的通过曲线创建片体( Through Curves)、通过曲线网格创建片体( Through Curve Mesh) 、通过曲线扫描创建片体(Sweep) 等。图3显示了水壶的线框模型。
  建立片体不是UG建模的目的,最终的目的是要建立实体模型。UG中可通过缝合、补片体、修剪实体、加厚片体等方法生成实体。
  
    2.3 数据处理
  由于三坐标测量仪的测量放法,误差处理方式及周围环境等因素的影响,使采集到的点云数据不可避免地受到噪音的污染,同时在凹陷区肯定会产生测量盲区,所以,在反求模型之前必须对数据进行编辑。删除不需要的点数据,过滤噪声,减少点数据数目,在曲面的变化缓慢的地方取点密度较稀疏,在曲率变化较大部分要密集取点。对于采点盲区,可以采用填充命令进行修补。首先对原始点云进行去噪平滑处理,这样修补后的模型整体光顺性可得到进一步提高。
  
    2.4模具零件的生成
  模具设计的流程通常为:
  ( 1)制品设计( 直接创建三维模型或导入的三维模型) 。
  (2)初始化项目名称、加载实体模型和单位。
  ( 3) 观察分析实体模型的出模斜度和分型情况。
  (4)设计模具的分型面、模腔布局、内嵌件、推杆、浇口、冷却和电极。
  (5)修补开放面。
  (6)定义分型面。
  (7) 确定拔模方向、收缩率和成型镶件。
  (8)设计浇口、流道、冷却、电极、建腔和列材料清单。
  (9)加入标准模架、推杆、滑块、内抽芯和内嵌件。
  (10)利用UG的CAM模块生成型芯、型腔的NC加工程序。
  
    利用UG中的注塑模具设计(Mold Wizard) 模块,调入获得的水壶原型,通过设定Z轴的正方向为顶出方向,设置模具坐标系,取塑件的收缩率为1.005,再通过设置成型镶件、布局、修补、建立分型线、建立分型面,从而可以快速设计出注塑模的关键件——凸模如图5所示和凹模如图6所示。
  
    2.5模具零件NC程序的生成
  将获得的模型零件直接导入UG的CAM模块,根据曲面选择不同的刀具和加工方式,设置合理的工艺参数、切削用量、主轴转速等参数。模拟仿真确认无误后,选择加工中心的后处理器,系统自动生成铣削定位NCI 和NC文件,通过网线与机床通讯并实施加工。
  
    将逆向工程技术应用到注塑模的设计与制造中,借助于三坐标测量仪和UG软件,通过数据采集、数据处理、产品建模、模型设计、NC程序生成以及加工。可以大大缩短模具的设计与制造周期,加快产品的开发速度,提高产品设计与制造的精度,增强企业的竞争能力。特别是在零件形状复杂的模具设计与制造中,其优势更加明显。因此,逆向工程的应用,将有助于提高整个模具的技术含量,提升沙盘模型企业的竞争力。


资料来源:广州广雅模型设计有限公司 http://www.gdgymx.com
日期:2013-10-20 人气:891
[打印本页]  [关闭窗口]