摩托大梁冲压模具逆向设计与制造(1)

摩托大梁冲压模具逆向设计与制造以摩托车大梁冲压模具为例，阐述了模具CAD/CAM逆向工程的流程和关键技术，总结了逆向工程CAD/CAM数字化和数据处理系统的方法，从而说明了该技术是CAD/CAM重要组成部分。1前言随着目前摩托车行业产品开发周期的缩短，以实物模型为设计依据的逆向工程技术，作为摩托车三维设计制造系统的一个有机补充部分，在摩托车新品开发及改型中应运而生。作为一个集成的CAD/CAM逆向系统，它包括数字化系统、CAD数据处理系统和模具设计加工系统(图1，其中点划线包含部分为CAD/CAM逆向系统)。数字化技术主要是正确应用扫描工具，获取高质量的样件表面扫描点;据处理系统包括曲面重构、曲面分析;模具设计加工系统包括模具设计、模具CAM和模具的数控加工。2数字化方法产品数字化是CAD/CAM逆向工程的关键技术之一。近十年来，随着传感技术、控制技术、图像处理和计算机视觉等相关技术的发展，出现了各种各样的样件表面几何数据的数字化获取方法。逆向工程采用的测量方法主要有4类.第1类是传统的接触测量方法。测头与实物表面接触，通过规定扫描方式测量数据，如三坐标测量(CMM)和数控机床加上测头的扫描设备等。其中CMM是使用最广泛的接触式测量设备，它具有精度高、重复性好等优点，缺点是速度慢、效率低、不适于柔软实物的测量。第2类是非接触测量方法。随着计算机及光电技术的发展，以计算机图像处理为主要手段的非接触式测量技术正在迅速发展，它们利用声、光、电磁等能与物体表面发生相互作用的物理现象来获取其三维信息，其中光学方法应用最为广泛。光学方法虽然对陡壁和透光模型数据采集困难，而且价格昂贵，但测量效率非常高，采集的数据就是实际的表面坐标值，不需要三维补偿。目前，应用较多的是结构光投影测量法，它被认为是三维形状测量中最好的方法。其原理是将具有一定模式的光源，如不同间距的栅状光条投射到物体表面，通过光带间距的变化以及数码影像处理器分析，在数秒内便可得到实物像素的三维坐标，实现三维扫描高速化。大型物体可以分块扫描并拼接在一起。由于重量轻、体积小，可实现异地测量。如德国GOM公司的ATOS可以在1分钟内完成一幅包括4300()点的图像测量，精度可达0.03mm。不但可以用于尖角、凹槽、复杂轮廓及软质件的测量，而且可用于汽车、摩托车外饰件和大型模具的设计制造。第3类是逐层扫描测量法。如工业CT法、核磁共振法(MRI)、自动断层扫描法等。它们解决两类存在的遮挡问题，实现了对被测物体内部结构的无损测量。不过目前能达到的测量精度还很低，一般在O.1mm的数量级，而且设备价格极其昂贵。但由于其优点突出.相信不久会得到广泛的应用。第4类是逐层切除测量法这是一种破坏性的、与逐层累加相反的方法，采用铣削的方法将目标物体一层一层地铣开，摄取每个断层图像，不同高度的图像集合就组成了物体的三维整体轮廓。该方法的主要问题是速度较慢，而且对被测物体是破坏性的。但取得的数据精度高，在很多情况下也有应用。以上4类方法都有各自的特点和应用范围。可以说，到现在为止，还没有一种完全适用于快速设计造型技术的快速、精确的数字化测量方法，只能根据具体情况分析选用。3逆向CAD/CAM数据处理系统CAD/CAM逆向工程的另一个关键技术是对采集数据的处理和NC加工程序处理系统。作为产品开发制造的重要部分，它必须与主流三维设计系统完全集成，这样，逆向设计才能溶人整个产品开发流程中，不至于成为又一个孤岛。该系统主要有两种处理方式；3.1数字化/数据处理/NC集成系统这个系统集成了扫描和NC程序的生成，如英国Renishaw公司的Tracecut系统和法国的Lemoine系统等这些系统采取接触扫描方法，通常并不进行曲面重建，只是对扫描的数据进行缩放、镜像、平移、旋转、偏置及凹凸转换等，并可将几个模型组合，进行剪切、叠加等操作。该系统虽然不进行曲面重建，但NC加工程序的生成非常方便，加工方式由使用者定义，可采用相同或不同的扫描方式进行加工。也就是说，刀具路线、刀具尺寸、加工间距、加工速度、加工精度等并不取决于扫描参数:系统可粗加工编程，也可实现精加工编程。该系统的缺点是精度较低，加工方法较单一，无法实现计算机辅助分析和产品资料积累，产品稍稍变化必须重新扫描和处理。但由于系统灵活、系统集成好，扫描与加工一体化，尤其是不需要曲面重构，从而大大节约了时间，适宜精度要求不高的中小型产品，目前在日用生活品的设计制造中应用日益广泛。3.2曲面重建CAD/CAM系统产品曲面重建是根据扫描的产品空间离散点数据，应用计算机辅助几何设计的有关技术，建立产品的数字化CAD模型。其基本要求是保型性和快捷胜。保型性即重构后的曲面必须保证与实际零件的数据在误差范围内吻合;快捷性是曲面重构方便、快捷。该方法功能强大，除能实现第一种方法所有功能外，还能完成产品设计和改型产品分析、装配和加工等。缺点是曲面重建需要大量的时间。在曲面重建中，目前主要采用SURFACE软件进行测量数据分割，并获得拟合的曲线，然后在UG中利用曲面和曲面分析来构建三维曲面，最后生成三维产品，进而设计模具。之后，利用CAD/CAM的分析模块分析产品成形过程，并修改模具，最后利用CAM模块确定加工方法，并模拟加工，通过后置处理，生成NC程序，控制数控机床进行加工。