逆向工程技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造的應(yīng)用

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摘要:本文主要對(duì)逆向工程技術(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)其在模具設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用進(jìn)行闡述，具體分析三維激光掃描儀以及逆向軟件的云數(shù)據(jù)處理等方面的問(wèn)題。驗(yàn)證逆行工程技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞:逆向工程技術(shù);模具設(shè)計(jì)制造;應(yīng)用

一、逆向工程技術(shù)的實(shí)施步驟

(一)采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)

逆向設(shè)計(jì)中三維掃描技術(shù)是最基礎(chǔ)的技術(shù)形式，通過(guò)三維掃描對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，這也是逆向設(shè)計(jì)中最主要的手段和內(nèi)容。逆行設(shè)計(jì)處理中主要的依據(jù)為原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)。因此點(diǎn)云數(shù)據(jù)的真實(shí)性也會(huì)對(duì)逆向建模是否成功造成嚴(yán)重的影響。通過(guò)三維掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在測(cè)量的過(guò)程中，可以采用接觸以及非接觸式兩種方式。比如甲醇泵殼體的測(cè)量采用的為非接觸式的測(cè)量方式，采用的儀器為EXASCAN手持式三維掃描儀，這種三維掃描儀的應(yīng)用便捷，能夠?qū)ζ噧?nèi)飾進(jìn)行掃描，同時(shí)采用影像與激光結(jié)合的方式，可以將測(cè)量的精度調(diào)到0．04毫米，分辨率達(dá)到0．05毫米。在掃描的過(guò)程中需要先進(jìn)行顯影劑噴涂，然后再進(jìn)行掃描。

(二)處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)

三維掃描技術(shù)中會(huì)獲取大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)為三維坐標(biāo)點(diǎn)。由于掃描設(shè)備的性能以及被測(cè)物體工作方式等方面的影響，使得測(cè)量數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)也不同，一般為幾百點(diǎn)到幾百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)之間。通過(guò)三維激光掃描儀對(duì)產(chǎn)品外形坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析，這些點(diǎn)呈散亂分布，導(dǎo)致邊界以及尖銳角位置的數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確，進(jìn)而產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差。因此在逆向建模中需要注重云數(shù)據(jù)的處理?？梢栽贑AD建模前，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分割、重組以及數(shù)據(jù)點(diǎn)云的精減等。在點(diǎn)云的處理過(guò)程中，主要采用的為GeomagicStudio的處理方式，包括手動(dòng)注冊(cè)、噪點(diǎn)清除、邊界優(yōu)化等。在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中，需要通過(guò)大量的曲面和曲線特定進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模型建設(shè)，并形成初步的模型框架。同時(shí)將形成的模型，利用NURBS曲面擬合算的方式，生成封閉光滑的曲面，通過(guò)對(duì)這些曲面的延伸、拼接和剪裁等處理，保證曲面模型的光滑性和完整性。在進(jìn)行文件保存時(shí)，需要采用IGS格式，這是一種三維軟件的通用文件格式。因此在云數(shù)據(jù)處理中，必須要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，防止曲面模型存在亂碼。

(三)實(shí)體建模

首先打開文件，可以采用UGNX打開，并對(duì)Geomagic沒(méi)有處理好的位置進(jìn)行進(jìn)一步的完善，同時(shí)通過(guò)獲得的曲面進(jìn)行實(shí)體切割，進(jìn)而獲得殼體形狀與表面模型相符的模具，由于模具的殼體形狀與原物體完全相同，因此可以用于之后產(chǎn)品的模型生產(chǎn)。

二、模具制造

在模具的設(shè)計(jì)和制造中，通過(guò)逆向工程技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效降低模具設(shè)計(jì)以及制造的時(shí)間，降低模具的設(shè)計(jì)和制造成本，提升模具的加工質(zhì)量以及模具的利用效率。逆向工程技術(shù)需要與CAD進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，通過(guò)UGNX的壓鑄模型，完成數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)，并生成加工代碼。完成實(shí)體CAD建模后，需要通過(guò)快速制造技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)化虛擬數(shù)字模型的原型，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)加強(qiáng)功能檢測(cè)，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)模型制造產(chǎn)品的研發(fā)。在快速制造技術(shù)的應(yīng)用中，銑床加工轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過(guò)50000轉(zhuǎn)每分鐘，快速成型技術(shù)的基礎(chǔ)為快速工裝模具，快速精鑄以及快速成型技術(shù)。快速成型技術(shù)是一個(gè)新概念，具體的方法如下:

(一)立體光固化

具體指的是以光敏樹酯為主要的加工原料，并通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)紫外激光束進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)零件各層輪廓的掃描，使液態(tài)樹脂薄層由于光聚合反應(yīng)而固化。并通過(guò)對(duì)工作臺(tái)的移動(dòng)，將已經(jīng)固化的樹脂浸入到液態(tài)的樹脂，再進(jìn)行掃描，直到新層也在固化層上進(jìn)行粘結(jié)。通過(guò)反復(fù)的操作，直到整個(gè)原型的制造完成。這種方式制造的原型質(zhì)量好、精度高。

(二)分層物體制造法

主要采用的材料為復(fù)合材料以及紙張，這些材料需要單面涂有熱熔膠，同時(shí)通過(guò)對(duì)二氧化碳高功率光速零件分層輪廓的切割，使層間的熱壓裝置進(jìn)行有效的粘合，這種材料的制作方式成本低，同時(shí)材料的來(lái)源比較廣泛。

(三)選擇性激光燒結(jié)

選擇的材料為陶瓷、金屬、塑料等材料，通過(guò)磙子進(jìn)行鋪粉，同時(shí)利用二氧化碳高功率的激光束以零件的分層輪廓為基礎(chǔ)，對(duì)零件的邊界進(jìn)行掃描燒結(jié)。這種方式不需要設(shè)計(jì)，同時(shí)材料的利用率比較高。

(四)熔化沉積造型法

主要采用的原材料為蠟、金屬等熔點(diǎn)比較低的物質(zhì)，需要將這些材料拉成絲狀，然后在噴頭的位置進(jìn)行加熱，使其呈半流動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)對(duì)噴頭進(jìn)行控制，將零件的輪廓作為填充運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，通過(guò)噴頭的擠壓使熔融的材料形成基礎(chǔ)層，這種方式的結(jié)合度比較好，同時(shí)容易成型，但是也存在一定的不足，這種方式形成的模具過(guò)于粗糙，精度低。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，逆向工程技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)在于對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的收集、處理和曲面構(gòu)建，其中存在的難點(diǎn)為點(diǎn)云與曲面的吻合度。通過(guò)與CAD技術(shù)的結(jié)合，有利于獲取原實(shí)物的數(shù)字模型，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行修改和完善，為模具的設(shè)計(jì)和加工帶來(lái)更大的便利，對(duì)模具設(shè)計(jì)和加工行業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。

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作者:韓佳 單位：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院