【編者按】本文介紹Cimatron軟件在塑料模具逆向工程設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用。并通過塑料面罩玩具的設(shè)計(jì)實(shí)例，說明用Cimatron軟件為塑料模具產(chǎn)品逆向工程提供了強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)工具，充分利用Cimatron軟件強(qiáng)大的點(diǎn)造型曲面功能，可大大縮短特別是塑料模具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。
模具設(shè)計(jì)一般源于由功能需求產(chǎn)生的概念設(shè)計(jì)，之后再進(jìn)行其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，產(chǎn)生完整的CAD數(shù)學(xué)模型，繼而進(jìn)行分析制造，這一過程為CAD/CAM 正向過程，它適用于比較規(guī)則的解析外型零件的模具設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多產(chǎn)品形狀復(fù)雜，如塑殼玩具、摩托車外形部件等需要兼顧美學(xué)及工業(yè)要求，這就使得直接建立其模具CAD模型非常困難，從而不能用CAD/CAM 正向工程。在先有實(shí)物或主模型時(shí)，可以通過CAD/CAM 逆向工程來開發(fā)其模具，簡(jiǎn)而言之，由實(shí)物到產(chǎn)品的過程即CAD/CAM 逆向工程，它對(duì)于縮短模具開發(fā)周期非常有效，特別是那些形狀復(fù)雜的生活用品和工業(yè)用品模具。
逆向工程通常被用來執(zhí)行模型的仿制、開發(fā)工作?；谠突?qū)嵨锏哪嫦蚬こ桃蚱淇旖莸拈_發(fā)方式，極大地縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，因而在設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域有著廣泛的技術(shù)需求。特別是對(duì)于沒有原始幾何信息的零件，逆向工程是完成零件精確幾何造型的重要手段，因而在模具設(shè)計(jì)和制造中成為技術(shù)熱點(diǎn)。同時(shí)由于逆向工程能夠提供原始產(chǎn)品的主要外形特征，進(jìn)而對(duì)其幾何外形進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速改型，因此能夠滿足系列化、多樣化的要求。傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機(jī)或仿形銑床制作出模具，再進(jìn)行批量生產(chǎn)。這種復(fù)制方式無法建立工件尺寸的圖形文件，也無法做任何外形修改，因此已為數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。目前所稱的逆向工程是針對(duì)現(xiàn)有工件，利用3D數(shù)字化測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確、快速地測(cè)量工件的表面點(diǎn)數(shù)據(jù)或輪廓線條，并加以創(chuàng)建曲面、分模、加工，制作所需模具；或由CAD系統(tǒng)生成的SPL模型文件傳至快速成型機(jī)，將樣品模型制作出來，直至達(dá)到滿意效果。在許多逆向工程應(yīng)用實(shí)例中，并不是要完全仿制原有的產(chǎn)品，而只是要掌握原有的設(shè)計(jì)理念，經(jīng)過調(diào)整來建立1個(gè)類似的設(shè)計(jì)模型，因此逆向工程所涵蓋的意義不只是重制，也包括了再設(shè)計(jì)。
在應(yīng)用Cimatron軟件進(jìn)行逆向工程的主要思路是：精心制定測(cè)量規(guī)劃，利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x獲取實(shí)物模型數(shù)據(jù)；再利用Cimatron軟件完成散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)建模，得到零件的曲線模型；然后利用Cimatron軟件將曲線生成曲面，在這些曲面的基礎(chǔ)上進(jìn)行正向設(shè)計(jì)(正向設(shè)計(jì)在此不討論)，與裝配協(xié)調(diào)，生成實(shí)體特征模型。這種方法保證了逆向工程的優(yōu)勢(shì)，又利用了CAD軟件強(qiáng)大的實(shí)體和曲面建模功能，是工程設(shè)計(jì)中一種好的解決方法之一?；玖鞒倘鐖D1所示。
圖1 逆向工程流程
筆者以Cimatron軟件在塑料面罩玩具模具逆向工程中的應(yīng)用為例，介紹Cimatron軟件逆向工程的具體實(shí)施步驟。
1 采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)
塑料面罩玩具的外形由復(fù)雜的曲面組成，形狀藝術(shù)化，尺寸精度相對(duì)形狀要求較低，用CAD/CAM 軟件直接建模很困難。而且玩具由孩子們的愛好確定，必須制造樣板，因此利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量裝置來獲取零件原型輪廓和表面特征的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在塑料面罩玩具表明數(shù)字化中，采用CMM 為代表的接觸式測(cè)量，在保證坐標(biāo)原點(diǎn)相同條件下測(cè)得玩具輪廓及表面特征數(shù)據(jù)點(diǎn)，把采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)存入計(jì)算機(jī)中。根據(jù)玩具模型的需要，對(duì)所采集的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行處理，對(duì)不同的特征紋理方向面所采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)以不同顏色區(qū)別，同一截面方向的數(shù)據(jù)點(diǎn)采用同一顏色處理，對(duì)外形輪廓特征的數(shù)據(jù)點(diǎn)以同一顏色，將采集到的壞點(diǎn)或不符合模具特征的點(diǎn)進(jìn)行刪除。將處理好的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)以IGES格式存檔，圖2所示。
圖2 塑面罩玩具三維數(shù)據(jù)點(diǎn)
2 對(duì)三維點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)造型建模
將三坐標(biāo)測(cè)得的數(shù)據(jù)點(diǎn)IGES格式在Cimatron軟件mainmenu菜單中的DI窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Cimatron軟件直接打開的文件格式PFM，然后進(jìn)入Cimatron軟件CAD造型環(huán)境中，將數(shù)據(jù)點(diǎn)文件打開，對(duì)圖2所示的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行編輯，對(duì)不同顏色的數(shù)據(jù)點(diǎn)放在不同的工作層LEVELS，以便于編輯造型，然后先將外形輪廓特征的點(diǎn)層打開，用PICK抓點(diǎn)模式做3D 曲線，再分別打開其他層的數(shù)據(jù)點(diǎn)，依依用SPLINE做橫、縱方向的2D曲線，用MESH 網(wǎng)格面功能將所做的曲線構(gòu)成曲面，圖3所示。最后分別用RULED、MESH、TRMSRF功能做眼睛、嘴巴、眉毛、頭發(fā)曲面。經(jīng)過光順處理后得到圖4所示的塑盒玩具模型。