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Pro /E與 反 求 工 程 在 塑 料 模 具 設(shè) 計(jì) 中 的 應(yīng) 用 3 奚 泉 (九 江 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 ,江 西 九 江 332007) 摘 要 :反 求 工 程 作 為 當(dāng) 今 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 制 造 的 一 種 新 手 段 ,在 眾 多 領(lǐng) 域 都 具 有 廣 泛 的 應(yīng) 用 前 景 , Pro /E中 強(qiáng) 大 的 造 型 功 能 、 模 具 設(shè) 計(jì) 功 能 及 逆 向 工 具 為 反 求 工 程 對(duì) 塑 料 模 具 的 設(shè) 計(jì) 制 造 帶 來 巨 大 的 影 響 ,此 文 通 過 實(shí) 例 對(duì) 這 一 關(guān) 鍵 技 術(shù) 進(jìn) 行 分 析 。 關(guān) 鍵 詞 :反 求 工 程 ;小 平 面 特 征 ;重 新 造 型 ;模 具 設(shè) 計(jì) 中 圖 分 類 號(hào) : TG241 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 : A 文 章 編 號(hào) : 1007 - 4414 (2007) 05 - 0100 - 02 Applica tion of Pro /E and reverse eng ineer ing in pla stic m ould design Xi Quan (J iujiang vocational facet feature; restyle; mould design 反 求 工 程 又 稱 逆 向 工 程 ,作 為 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 制 造 的 一 種 新 手 段 ,從 20世 紀(jì) 90年 代 初 ,該 技 術(shù) 開 始 引 起 工 業(yè) 界 和 學(xué) 術(shù) 界 的 高 度 重 視 1 。 傳 統(tǒng) 的 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 是 從 概 念 設(shè) 計(jì) 到 圖 樣 ,再 制 造 出 產(chǎn) 品 。 反 求 工 程 是 從 現(xiàn) 有 的 產(chǎn) 品 零 件 進(jìn) 行 實(shí) 物 測(cè) 錄 的 基 礎(chǔ) 上 形 成 零 件 的 設(shè) 計(jì) 圖 紙 或 CAD模 型 ,反 求 工 程 的 出 現(xiàn) 改 變 了 產(chǎn) 品 傳 統(tǒng) 的 開 發(fā) 模 式 ,由 于 新 產(chǎn) 品 的 開 發(fā) 大 多 是 在 原 有 產(chǎn) 品 基 礎(chǔ) 上 的 改 進(jìn) ,可 利 用 反 求 工 程 對(duì) 原 有 產(chǎn) 品 進(jìn) 行 改 型 設(shè) 計(jì) 來 縮 短 產(chǎn) 品 開 發(fā) 周 期 ,減 少 開 發(fā) 費(fèi) 用 。 Pro /Engineer是 美 國 參 數(shù) 技 術(shù) 公 司 ( PTC)推 出 的 新 一 代 CAD /CAE /CAM軟 件 ,其 強(qiáng) 大 的 功 能 深 受 用 戶 歡 迎 。 在 模 具 設(shè) 計(jì) 模 塊 中 , Pro /E提 供 了 方 便 又 實(shí) 用 的 工 具 。 這 些 功 能 可 讓 使 用 者 在 最 短 的 時(shí) 間 內(nèi) 進(jìn) 行 模 具 組 裝 (Mold A ssembly)、 模 型 檢 驗(yàn) (Model Check)、 分 模 面 ( Parting Surface)建 立 等 過 程 ,順 利 完 成 拆 模 的 工 作 。 其 獨(dú) 到 之 處 在 于 只 要 很 好 地 完 成 模 型 的 參 數(shù) 化 約 束 ,隨 后 的 變 更 將 十 分 方 便 ,適 用 于 像 產(chǎn) 品 概 念 設(shè) 計(jì) 這 種 需 要 經(jīng) 常 變 動(dòng) 的 過 程 , 是 理 想 的 反 求 工 程 軟 件 ,在 塑 料 模 具 設(shè) 計(jì) 中 ,利 用 Pro /E和 反 求 工 程 將 會(huì) 縮 短 模 具 開 發(fā) 的 時(shí) 間 ,取 得 滿 意 效 果 。 1 反 求 工 程 及 Pro /E中 的 逆 向 工 具 目 前 ,大 多 數(shù) 有 關(guān) 反 求 工 程 技 術(shù) 的 研 究 和 應(yīng) 用 都 集 中 在 幾 何 形 狀 ,即 重 建 產(chǎn) 品 實(shí) 物 的 CAD模 型 和 最 終 產(chǎn) 品 的 制 造 方 面 ,稱 為 實(shí) 物 反 求 工 程 。 一 個(gè) 待 測(cè) 工 件 在 反 求 工 程 中 要 經(jīng) 過 數(shù) 據(jù) 采 集 、 點(diǎn) 云 模 型 預(yù) 處 理 、 曲 線 /曲 面 重 構(gòu) 等 關(guān) 鍵 步 驟 ,最 后 才 形 成 CAD模 型 。 1. 1 數(shù) 據(jù) 采 集 數(shù) 據(jù) 采 集 技 術(shù) 是 反 求 工 程 的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 之 一 ,可 分 為 非 接 觸 式 測(cè) 量 法 和 接 觸 式 測(cè) 量 法 。 非 接 觸 式 測(cè) 量 法 是 指 用 非 接 觸 的 光 電 方 法 對(duì) 曲 面 的 三 維 形 貌 進(jìn) 行 快 速 測(cè) 量 ,常 用 的 有 激 光 掃 描 測(cè) 量 、 聲 學(xué) 法 和 磁 學(xué) 法 ,工 業(yè) 計(jì) 算 機(jī) 層 析 技 術(shù) 簡 稱 工 業(yè) CT。 接 觸 式 測(cè) 量 法 一 般 利 用 聯(lián) 接 在 探 頭 上 的 傳 感 器 來 測(cè) 算 目 標(biāo) 點(diǎn) 的 位 置 ,簡 單 易 行 。 CMM (Coordinate Measuring Machine, 三 坐 標(biāo) 測(cè) 量 機(jī) )最 早 出 現(xiàn) 在 20世 紀(jì) 60年 代 初 期 ,隨 著 科 學(xué) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ,該 方 法 在 測(cè) 量 速 度 和 精 度 上 都 有 很 大 提 高 ,使 用 接 觸 探 頭 測(cè) 量 物 體 表 面 的 位 置 點(diǎn) ,探 頭 通 常 聯(lián) 接 著 一 個(gè) 敏 感 的 壓 力 傳 感 器 裝 置 ,通 過 與 物 體 表 面 的 接 觸 得 到 出 發(fā) ,能 提 供 測(cè) 量 點(diǎn) 的 坐 標(biāo) 值 。 1. 2 Pro /E中 的 逆 向 工 具 Pro /E野 火 版 的 小 平 面 特 征 和 重 新 造 型 特 征 組 成 一 個(gè) 完 整 的 逆 向 解 決 方 案 。 從 輸 入 點(diǎn) 集 -創(chuàng) 建 包 絡(luò) - 創(chuàng) 建 小 平 面 - 創(chuàng) 建 曲 面 ,形 成 一 個(gè) 處 理 逆 向 的 完 整 流 程 。 小 平 面 處 理 的 流 程 如 下 : (1) 點(diǎn) 處 理 輸 入 點(diǎn) 集 ,對(duì) 點(diǎn) 集 進(jìn) 行 必 要 的 編 輯 和 優(yōu) 化 , 主 要 是 噪 聲 消 除 及 缺 損 數(shù) 據(jù) 修 補(bǔ) 等 。 (2) 包 絡(luò) 處 理 對(duì) 點(diǎn) 處 理 階 段 完 成 后 生 成 的 包 絡(luò) 進(jìn) 行 編 輯 。 (3) 小 平 面 處 理 對(duì) 包 絡(luò) 處 理 完 成 后 生 成 的 小 平 面 進(jìn) 行 編 輯 及 優(yōu) 化 ,得 到 小 平 面 特 征 。 下 面 以 某 盒 體 零 件 為 例 ,簡 單 介 紹 逆 向 處 理 的 經(jīng) 過 。 圖 1為 測(cè) 量 后 輸 入 的 點(diǎn) 云 圖 ,先 消 除 噪 音 點(diǎn) ,圖 2為 進(jìn) 行 缺 陷 點(diǎn) 的 糾 正 ,圖 3為 點(diǎn) 處 理 后 的 模 型 ,圖 4為 小 平 面 處 理 后 的 模 型 。 圖 1 刪 除 噪 音 點(diǎn) 圖 2 缺 陷 點(diǎn) 重 新 造 型 特 征 過 程 一 般 由 數(shù) 據(jù) 點(diǎn) 擬 合 出 樣 條 線 ,然 后 用 001 Vol 20 No 5 2007210 機(jī) 械 研 究 與 應(yīng) 用 MECHAN ICAL RESEARCH 然 后 檢 驗(yàn) 拔 模 角 (D raft Check) ,即 檢 測(cè) 是 否 有 倒 勾 (Undercut)現(xiàn) 象 、 拔 模 角 的 數(shù) 值 是 否 合 理 。 檢 驗(yàn) 的 目 的 是 確 認(rèn) 零 件 成 品 的 厚 度 及 拔 模 角 是 否 符 合 要 求 以 便 修 改 。 (2) 模 具 組 件 模 具 組 件 的 設(shè) 計(jì) 是 整 個(gè) 模 具 設(shè) 計(jì) 中 的 主 體 ,利 用 自 動(dòng) 或 手 動(dòng) 功 能 命 令 設(shè) 計(jì) 毛 坯 工 件 ,設(shè) 計(jì) 分 型 面 ,分 割 模 具 體 積 塊 ,抽 取 模 具 元 件 ,澆 注 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ,鑄 模 ,開 模 ,模 架 設(shè) 計(jì) 等 。 在 Pro /E中 建 立 分 型 面 的 目 的 是 利 用 與 工 件 完 全 相 交 的 分 型 面 來 分 開 工 件 ,拆 出 形 成 腔 體 的 各 個(gè) 模 具 體 積 塊 。 同 時(shí) ,系 統(tǒng) 自 動(dòng) 切 除 工 件 毛 坯 中 塑 件 所 占 體 積 部 分 ,形 成 模 具 的 型 腔 體 。 建 立 分 型 面 是 模 具 設(shè) 計(jì) 的 重 點(diǎn) ,尤 其 是 形 狀 復(fù) 雜 的 零 件 。 若 分 模 面 有 破 孔 ,只 有 填 補(bǔ) 起 來 才 能 拆 模 。 分 割 并 創(chuàng) 建 體 積 塊 。 所 謂 建 立 體 積 塊 ,就 是 將 已 創(chuàng) 建 的 工 件 以 分 型 面 為 參 照 分 割 為 數(shù) 個(gè) 體 積 塊 ,對(duì) 于 本 模 具 來 說 ,首 先 分 割 出 上 模 和 下 模 體 積 塊 ,此 階 段 由 于 生 成 體 積 塊 都 是 實(shí) 體 的 , 所 以 看 不 見 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) ,在 開 模 仿 真 過 程 即 可 看 清 楚 。 使 用 菜 單 管 理 器 中 的 MoldingOpening項(xiàng) ,進(jìn) 入 開 模 菜 單 (也 可 使 用 界 面 快 捷 鍵 )。 開 模 的 過 程 相 當(dāng) 于 對(duì) 模 具 的 頂 出 、 側(cè) 抽 芯 等 動(dòng) 作 進(jìn) 行 模 擬 ,以 確 認(rèn) 各 種 動(dòng) 作 的 合 理 性 。 圖 5 分 型 面 圖 6 開 模 如 上 例 所 示 ,利 用 Pro /E對(duì) 相 應(yīng) 的 點(diǎn) 云 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 逆 向 處 理 后 ,轉(zhuǎn) 換 為 CAD模 型 ,作 為 零 件 輸 入 到 Pro /E模 具 設(shè) 計(jì) 模 塊 中 ,經(jīng) 過 模 具 裝 配 、 設(shè) 計(jì) 分 型 面 、 分 割 模 具 體 積 塊 、 抽 取 模 具 元 件 、 開 模 等 過 程 ,最 終 設(shè) 計(jì) 出 相 應(yīng) 的 模 具 零 件 。 圖 5、 6分 別 為 模 具 的 分 型 面 和 開 模 模 擬 過 程 ,利 用 模 具 顧 問 模 塊 還 可 對(duì) 注 塑 過 程 進(jìn) 行 CAE分 析 ,仿 真 注 塑 時(shí) 塑 料 在 模 具 中 的 流 動(dòng) 情 形 ,如 流 動(dòng) 路 徑 、 溫 度 分 布 、 壓 力 分 布 、 最 佳 澆 口 位 置 等 。 設(shè) 計(jì) 完 成 后 可 在 Pro /E中 利 用 CAM模 塊 進(jìn) 行 模 具 的 數(shù) 控 模 擬 加 工 ,實(shí) 現(xiàn) CAD /CAE /CAM一 體 化 操 作 。 一 個(gè) 完 整 的 模 具 設(shè) 計(jì) 還 應(yīng) 包 括 模 架 的 設(shè) 計(jì) ,模 架 很 多 已 經(jīng) 標(biāo) 準(zhǔn) 化 且 情 況 比 較 復(fù) 雜 ,這 里 就 不 再 詳 細(xì) 介 紹 。 3 結(jié) 論 目 前 ,企 業(yè) 競 爭 日 趨 激 烈 ,零 件 產(chǎn) 品 不 斷 更 新 換 代 ,相 應(yīng) 的 模 具 產(chǎn) 品 更 新 改 造 的 周 期 也 不 斷 縮 短 ,成 本 逐 漸 降 低 ,為 反 求 工 程 的 應(yīng) 用 提 供 了 廣 闊 的 前 景 。 現(xiàn) 代 測(cè) 試 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ,快 速 、 精 確 地 獲 取 實(shí) 物 的 幾 何 信 息 已 變 成 現(xiàn) 實(shí) ,將 零 件 的 幾 何 信 息 數(shù) 字 化 后 通 過 與 CAD /CAM軟 件 (如 Pro /E)的 數(shù) 據(jù) 格 式 轉(zhuǎn) 換 ,實(shí) 現(xiàn) 無 縫 連 接 ,然 后 在 Pro /E中 利 用 它 強(qiáng) 大 的 造 型 功 能 和 模 型 參 數(shù) 化 特 點(diǎn) 進(jìn) 行 產(chǎn) 品 的 研 發(fā) 改 造 ,這 就 為 模 具 的 快 速 制 造 提 供 更 為 廣 闊 的 前 景 ,提 高 企 業(yè) 的 市 場(chǎng) 競 爭 能 力 。 參 考 文 獻(xiàn) : 1 曹 德 權(quán) ,唐 定 勇 . Pro /EngineerW ildfire 2. 0中 文 版 曲 面 與 逆 向 工 程 設(shè) 計(jì) M . 北 京 :電 子 工 業(yè) 出 版 社 , 2004. 2 李 先 雄 ,康 亞 鵬 . Pro /EngineerW ildfire模 具 設(shè) 計(jì) 指 導(dǎo) M . 北 京 : 清 華 大 學(xué) 出 版 社 , 2005. 101 第 20卷 第 5期 2007年 10月 機(jī) 械 研 究 與 應(yīng) 用 MECHAN ICAL RESEARCH & APPL ICATION Vol 20 No 5 2007210