基于逆向工程的注塑模设计与制造.pdf

收稿日期:2008204230作者简介:项建云(19702),女,讲师。文章编号:100124934(2008)0520046203基于逆向工程的注塑模设计与制造项建云1,葛茂忠2,孙建英1(1.常州轻工职业技术学院机械系,江苏常州2131642.常州轻工职业技术学院模具系,江苏常州213164)摘要:将逆向工程技术应用到塑料水壶模具的设计与制造中,通过采用PIX230三坐标测量仪采集数据,利用UG软件进行数据处理、模型重建、模具设计及自动编程,从而实现注塑模的快速设计与制造。关键词:逆向工程；UG；注塑模；快速设计；快速制造中图分类号:TG241文献标识码:AAbstract:Inordertorealizemoldrapiddesignandmanufacturing,thetechnologyofRe2verseEngineeringwasintroducedtothedesignandmanufacturingoftheinjectionmoldforplastickettle.PIX-30Coordinatemeasuringmachinewasemployedtogatherdata,andUGsoftwarewasappliedindataprocessing,moldreconstruction,molddesignandautomat2icprogramming.Keywords:ReverseEngineering；UG；injectionmold；rapiddesign；rapidmanufacturing0引言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(ReverseEngineering)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模型,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64DieandMouldTechnologyNo5.2008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、产品或模具制造。逆向工程的关键技术是数据采集、数据处理和模型的重建。图1逆向工程的流程1.1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。1.2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。1.3模型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。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PIX230三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数据处理由于三坐标测量仪的测量方法、误差处理图2水壶样品的三维扫描点云数据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。2.3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InsertCurveSpline菜单命令,出现Spline对话框。可在对话框中选择Bypoles、ThroughPoints、Fit及PerpendiculartoPlanes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方法。主要命令为:Insert/FreeFromfeature子菜单下的通过曲线创建片体74模具技术2008.No.5(ThroughCurves)、通过曲线网格创建片体(ThroughCurveMesh)、通过曲线扫描创建片体(Sweep)等。图3显示了水壶的线框模型。图3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。图4是最后完成的水壶原型。图4水壶原型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)观察分析实体模型的出模斜度和分型情况。(3)设计模具的分型面、模腔布局、内嵌件、推杆、浇口、冷却和电极。(4)初始化项目名称、加载实体模型和单位。(5)确定拔模方向、收缩率和成型镶件。(6)修补开放面。(7)定义分型面。(8)加入标准模架、推杆、滑块、内抽芯和内嵌件。(9)设计浇口、流道、冷却、电极、建腔和列材料清单。(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(MoldWiz2ard)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。图5水壶凸模图6水壶凹模2.5模具零件NC程序的生成将获得的模具零件直接导入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。3结论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、模具设计、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,提升模具企业的竞争力。(下转第54页)84DieandMouldTechnologyNo5.2008图3G指令的应用示例4编程中细节问题处理4.1巧用G04指令G04为暂停指令,其作用是刀具在一个指定的时间内作进给暂停加工。该指令不做实际的切削运动,但它在对于提高工件表面粗糙度及在切槽、钻孔改变运动等方面都有很好的好处,常用于以下几种情况:(1)切槽、钻孔、切螺纹时为了保证槽底、孔底、螺纹的尺寸及粗糙度应设置G04命令。(2)当运行方向改变较大时,应在该改变运行方向指令间设置G04命令,避免由机床的反向间隙误差造成的加工质量下降。(3)利用G04进行断削处理,根据粗加工的切削要求,可以对连续运动轨迹进行分段加工安排,使工件有一段时间的恢复,以减轻变形对精度的影响。每相邻加工段中间用G04指令将其隔开,加工时,刀具每进给一段后,即安排所设定较短的延时时间(0.5s)实施暂停,紧接着在进给一段,直至加工结束。4.2粗精加工程序分开为了提高零件的精度并保证生产效率,车削工件轮廓的最后一刀,通常由精车刀来连续加工完成,因此,粗精加工应分开编程。并且刀具的进、退位置要考虑妥当,尽量不要在连续的轮廓中切入切出或换刀及停顿,以免因切削力的突然变化而造成弹性变形,致使光滑连接的轮廓上产生划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。4.3巧用切断刀倒角对切断面带一倒角的零件,在批量车削加工中比较普遍,为了便于切断并避免掉头倒角,可巧用切断刀同时完成车倒角和切断2个工序,效果较好。5结论总之,数控加工技术要求在编程时,特别注意理论联系实际,并在大量的实践中,对所学的知识进行验证或修正,做到编制的程序最合理、最实用。参考文献:1任国兴.数控车床加工工艺与编程操作M.北京:机械工业出版社,2006.2胡如祥.数控加工编程与操作M.大连:大连理工大学出版社,2006.3关颖.数控车床M.辽宁:辽宁科学技术出版社,2005.(上接第48页)参考文献:1徐人平,杨维平等.快速原型技术带来产品创新设计开发的革命J.昆明理工大学学报,2001,2