塑件逆向设计理念

1、塑件逆向设计理念卢开斌（常州建东职业技术学院江苏常州213000）【摘要】在塑料产品的开发过程中，由于种种原因，模具企业从厂商接受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，而逆向工程为解决这一难题提供了便利。本文以鼠标的设计为例，说明逆向工程在塑料模具设计的应用。【关键词】逆向工程塑件设计鼠标设计在注塑模具开发制造过程中，通常的流程是设计人员依据产品图纸绘制三维模型，并根据零件材料的性质、设备的要求进行工艺修改，经计算机软件处理后生成数控加工设备的NC文件，这种设计模式称为预定模式。实际生产中，在只有实物样件、没有可

2、参考图纸的情况下，由于注塑模具各面之间通常采用圆滑过渡，部分制品的外形是由多个复杂的不同空间曲率的曲面连接而成，用传统的方法很难测量，无法采用预定模式进行设计。如果没有CAD数字模型，就无法使用CAD/CAM、多轴加工中心等先进的加工手段。所以，设计人员需要通过一定的途径测量实物信息并转化为CAD数字模型，这就应用到了逆向工程技术。目前逆向工程的工作流程，主要由三部分组成，产品实物外形的数字化、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。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

3、终影响产品的质量。1.1硬件条件测量仪器包括三坐标测量机、扫描仪和数码相机，三者相结合使用，使测量达到更高的精度，并准确地反映了原物体的实际型面特征和搭接关系，为以後的建型提供了可靠的数据。下面简介三种典型仪器的使用。DELTA4507三坐标测量机三坐标测量机是从意大利引进的先进仪器，可以测量模具，检具及各种装卡具，是一种接触式的测量仪器。它的测量範围在4.07mx2.54mx1.83m之内，一般的工件都可以在测量範围内进行测量，大型的工件可以分段测量，测量後将所测数据合并，得到整个工件的测量数据。该仪器的测量不确定度为0.018mm，重复测量精度为0.008mm。在这样的精度下得到的测量结果

4、足以满足模具设计的要求。它可以为所测工件建立空间坐标系，以便在後面的测量中有一个原始的统一的坐标系将数据合并到一起，保证测量精度。ATOS便携式三维扫描仪德国GOM公司的ATOS便携式三维扫描仪在测量时可随意绕着被测物体移动，在距被测物体约700mm处高速摄取实物表面数据。扫描系统可连续投影11种不同间距的光带於物体上，通过光带间距的变化，再经过数码影像处理器分析，在数秒内便可得到实物表面数据，实现三维扫描高速化，对於大型物体需分块扫描。该系统的测量（扫描）範围可达8mx8m，曲面拼接精度达到0.1mm/m。这种扫描系统的扫描不用编程，不受场地和实物、检具等位置的限制，操作方面，又由於重量较轻

5、、体积较小，可实现异地测量ATOS扫描仪不但可以用於尖角、凹槽、复杂轮廓及软质件的测量，而且可用於汽车、摩托车外饰件的造型和大型模具的制造。1.1.3XL数码相机在ATOS测量大的工件分块扫描时，为了减少扫描照片的拼接误差，利用一台XL数码相机，使若干不同位置扫描的曲面能按特征点自动拼接，形成一个完整的三维数字模型，是专为扫描大型物体而设的预先定位工具。扫描物体尺寸小於500mm时用ATOS基本系统就可以完成，如果扫描物体尺寸小於1500mmx1500mmx1000mm时，需要ATOS和低分辨率XL数码相机配合，如果扫描物体大至810m就需要高分辨率XL数码相机和ATOS配合。1.2鼠标的数据

6、采集根绝鼠标的形状特点和体积大小，采用ATOS便携式三维扫描仪，扫描鼠标模型或鼠标实物体，可以方便的获得鼠标的点云图，如图所示。鼠标点云图2数据处理由於测量过程中测得的是离散点数据，缺乏必要的特征信息，往往存在数字化误差，故要先对其外形进行建型，主要是从美学的角度来考虑，外形的光顺性是最主要的，设计的准则是曲线上曲率极值点尽可能少些，相邻两个极值点之间的曲率尽可能接近线性变化。曲面光顺往往归结为网格的光顺，其含义是指网格的每一条曲线都是光顺的，光顺的曲面，应该是没有凸区和凹区，此时要从塑件的风格考虑由意匠面人员来调节。然後在数控机床上用可加工塑料进行1：1的仿形加工，加工出来的模型与原型进行比

7、较，经过有关人员的研讨之後，再对基本控制曲线进行修改，反复三到四次,最终定下基本控制曲线之後，其它件的外形皆根据基本控制曲线来设计。2.1软件条件重构曲面的品，质客观上取决于所选用的逆向工程软件的功能。常用的专业点云处理软件有EDS公司的Imageware。Imageware等专业软件，在处理点云数据时工作速度快，可以较容易地进行线/面的拟合。采用专业软件进行点云数据处理，得到基本控制曲线。2.2鼠标基本控制曲线基本控制曲线3模型重建Imageware软件本身所提供的曲线、曲面创建工具较少，因此拟合得到的基本控制曲线，还需要在UG等软件中进一步修改，以构造曲面、创建实体。3.1软件条件UG软件

8、突破传统CAD/CAM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的。在设计过程中主要用到Modeling和Surface模块。3.2设计思路开始结构设计前，要先理解原有模型的设计思想，对模型进行系统的分析，在此基础上才可能修复或克服原有模型上存在的缺陷。主要考虑以下一些要点。3.2.1型面分析经过系统地分析，将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路，确定模型基本构成形状的曲面类型。分析所要设计的件与其它件的配合关系，找到配合面、基准孔，分清在一个具体实物中哪些是重要面，哪些是过渡面。有配合关系的表面，根据

9、基准进行面的偏置,这时就要根据此面在那个件中的重要性来定,定出重要面後，另一个配合面不再根据点云建,而是由此面偏置。3.2.2曲线曲面的光顺处理要求类似於前面外形的光顺性处理，但相对於外形，零件就相对降低了要求，它的结构设计主要从功能的角度出发。3.2.3协调模型建成後要进行协调，看相配合的面及过渡区是不是发生抵触。还要进行重建模型的检验与修正，根据获得的模型重新测量和采用加工出样品的方法来检验重建的模型是否满足精度或其它试验性能指标的要求，对不满足要求者重复以上过程,直至达到零件的设计要求。3.3鼠标3D模型设计将得到的外部曲面导入UG中，进行内部结构设计。首先把鼠标分为四个部分，上壳、下壳、按键和滚轮部分，然后设计每个零件的结构。如下图所示。鼠标3D模型4结论逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，它已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中，不仅消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品。逆向工程将加快塑料产品的更新换代速度