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