Cimatron軟件在逆向工程中的應用

摘 要：介紹 Cimatron 軟件在塑料模具逆向工程設計和制造中的應用。并通過塑料面罩玩具的設計實例，說明用 Cimatron 軟件為塑料模具產品逆向工程提供了強有力的設計工具，充分利用 Cimatron 軟件強大的點造型曲面功能，可大大縮短特別是塑料模具產品的設計周期。

關鍵詞：逆向工程； CAD ；三坐標測量機；點造型；快速分模

模具設計一般源于由功能需求產生的概念設計，之后再進行其具體結構設計，產生完整的 CAD 數學模型，繼而進行分析制造，這一過程為 CAD/CAM 正向過程，它適用于比較規則的解析外型零件的模具設計。隨著工業技術的飛速發展，許多產品形狀復雜，如塑殼玩具、摩托車外形部件等需要兼顧美學及工業要求，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。在先有實物或主模型時，可以通過 CAD/CAM 逆向工程來開發其模具，簡而言之，由實物到產品的過程即 CAD/CAM 逆向工程，它對于縮短模具開發周期非常有效，特別是那些形狀復雜的生活用品和工業用品模具。

逆向工程通常被用來執行模型的仿制、開發工作�；�于原型或實物的逆向工程因其快捷的開發方式，極大地縮短了產品的開發周期，因而在設計和制造領域有著廣泛的技術需求。特別是對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，因而在模具設計和制造中成為技術熱點。同時由于逆向工程能夠提供原始產品的主要外形特征，進而對其幾何外形進行改進，實現產品的快速改型，因此能夠滿足系列化、多樣化的要求。傳統的復制方法是用立體雕刻機或仿形銑床制作出模具，再進行批量生產。這種復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，因此已為數字化的逆向工程系統所取代。目前所稱的逆向工程是針對現有工件，利用 3D 數字化測量儀器準確、快速地測量工件的表面點數據或輪廓線條，并加以創建曲面、分模、加工，制作所需模具；或由 CAD 系統生成的 SPL 模型文件傳至快速成型機，將樣品模型制作出來，直至達到滿意效果。在許多逆向工程應用實例中，并不是要完全仿制原有的產品，而只是要掌握原有的設計理念，經過調整來建立 1 個類似的設計模型，因此逆向工程所涵蓋的意義不只是重制，也包括了再設計。

在應用 Cimatron 軟件進行逆向工程的主要思路是：精心制定測量規劃，利用三坐標測量儀獲取實物模型數據；再利用 Cimatron 軟件完成散亂數據點的數據建模，得到零件的曲線模型；然后利用 Cimatron 軟件將曲線生成曲面，在這些曲面的基礎上進行正向設計 ( 正向設計在此不討論 ) ，與裝配協調，生成實體特征模型。這種方法保證了逆向工程的優勢，又利用了 CAD 軟件強大的實體和曲面建模功能，是工程設計中一種好的解決方法之一�；�本流程如圖 1 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用為例，介紹 Cimatron 軟件逆向工程的具體實施步驟。

1 采用三坐標測量機測量數據點

       塑料面罩玩具的外形由復雜的曲面組成，形狀藝術化，尺寸精度相對形狀要求較低，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，因此利用三坐標測量機測量裝置來獲取零件原型輪廓和表面特征的數據點。在塑料面罩玩具表明數字化中，采用 CMM 為代表的接觸式測量，在保證坐標原點相同條件下測得玩具輪廓及表面特征數據點，把采集的數據點存入計算機中。根據玩具模型的需要，對所采集的三維坐標數據點進行處理，對不同的特征紋理方向面所采集到的數據點以不同顏色區別，同一截面方向的數據點采用同一顏色處理，對外形輪廓特征的數據點以同一顏色，將采集到的壞點或不符合模具特征的點進行刪除。將處理好的三維數據點以 IGES 格式存檔，圖 2 所示。

圖 2 塑面罩玩具三維數據點

2 對三維點進行點造型建模

        將三坐標測得的數據點 IGES 格式在 Cimatron 軟件 mainmenu 菜單中的 DI 窗口進行數據轉換為 Cimatron 軟件直接打開的文件格式 PFM ，然后進入 Cimatron 軟件 CAD 造型環境中，將數據點文件打開，對圖 2 所示的數據點進行編輯，對不同顏色的數據點放在不同的工作層 LEVELS ，以便于編輯造型，然后先將外形輪廓特征的點層打開，用 PICK 抓點模式做 3D 曲線，再分別打開其他層的數據點，依依用 SPLINE 做橫、縱方向的 2D 曲線，用 MESH 網格面功能將所做的曲線構成曲面，圖 3 所示。最后分別用 RULED 、 MESH 、 TRMSRF 功能做眼睛、嘴巴、眉毛、頭發曲面。經過光順處理后得到圖 4 所示的塑盒玩具模型。

圖 3 塑面罩玩具點造型

圖 4 塑面罩玩具模型

3 快速分模

             將圖 4 所示的數字產品模型用 Cimatron 軟件快速分模 QUICK ＿ SPLIT 功能進行型芯、型腔的設計。經分模后的圖形退出快速分模軟件進入曲面 CAD 環境時自動產生分模線，根據已有的分模線快速生成分模曲面，該方法可以非常靈活地處理模型的曲面信息，并可對計算精度進行細調，最后經編輯、整理形成最終設計結果，進行 NC 加工即可得到理想的上、下模。如圖 5 所示。

圖 5 塑面罩玩具上下模型

4 結束語

          逆向工程一般是通過三坐標測量機或激光掃描機等數據采集設備獲取復雜零件的三維數據點，進而利用反求軟件對數據點處理，實現由點 ? 線 ? 面的 CAD 三維模型設計。由此可見，逆向工程主要包含 2 項內容， ① 實物模型表面數據點的獲取，即數字化技術， ② 曲面造型技術。逆向工程技術與 NC 加工技術或 RP 技術相結合，能使模具產品開發、研制周期大大縮短，為新產品進入市場創造先機，為企業帶來巨大經濟效益， Cimatron 軟件為逆向工程提供了強有力的設計工具，充分利用 Cimatron 軟件強大的點造型曲面功能和刀路編程功能，可大大縮短特別是塑料模具產品的設計周期，在浙江臺州、廣東、山東等地區深受模具制造業的重視。

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