模具設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</b></p><p>　　題目：基于逆向工程的注塑模設(shè)計(jì)與制造</p><p>　　姓 名 ： 韋宇陽(yáng) </p><p>　　學(xué) 號(hào) ： D3200823004 </p><p>　　專 業(yè) ：

2、 模具設(shè)計(jì)與制造 </p><p>　　班 級(jí) ： 08模具1班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 陸煥海 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　基于逆向工程的注塑模設(shè)計(jì)與制造</p><p&g

3、t;<b>　　摘要</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　1 逆向工程的結(jié)構(gòu)體系</p><p><b>　　1.1 數(shù)據(jù)采集</b></p><p><b>　　1．2數(shù)據(jù)處理</b></p><p&

4、gt;<b>　　1.3 模型重建</b></p><p>　　2 塑料水壺模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造</p><p>　　2．1水壺原型的數(shù)據(jù)采集</p><p><b>　　2．2 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　2．3水壺原型的重建</p><p>　　2．4模具零件

5、的生成</p><p>　　2．5模具零件NC程序的生成</p><p><b>　　3 結(jié)論</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　基于逆向工程的注塑模設(shè)計(jì)與制造</

6、p><p>　　摘要：將逆向工程技術(shù)應(yīng)用到塑料水壺模具的設(shè)計(jì)與制造中，通過采用PIX-30三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x采集數(shù)據(jù)，利用UG軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、模型重建、模具設(shè)計(jì)及自動(dòng)編程，從而實(shí)現(xiàn)注塑模的快速設(shè)計(jì)與制造。</p><p>　　關(guān)鍵詞：逆向工程；UG；注塑模；快速設(shè)計(jì)；快速制造</p><p><b>　　引言</b></p><p&

7、gt;　　在塑料產(chǎn)品的開發(fā)過程中，幾何造型技術(shù)已使用得相當(dāng)廣泛。但由于種種原因，模具企業(yè)從廠商接受的技術(shù)資料往往并非CAD的模型，而是由復(fù)雜的自由曲線曲面組成的實(shí)物樣件，若采用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，無法應(yīng)對(duì)瞬息萬變的塑料品市場(chǎng)，而逆向工程(Reverse Engineering)為解決這一難題提供了便利。因此逆向工程作為一門新興學(xué)科越來越受到人們的關(guān)注和重視。</p><p>　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)

8、方法是以功能為基礎(chǔ)，通過方案設(shè)計(jì)、圖樣設(shè)計(jì)及產(chǎn)品制造、裝配，以獲取產(chǎn)品實(shí)物作為最終目的，而逆向工程設(shè)計(jì)是針對(duì)現(xiàn)有工件，尤其是復(fù)雜不規(guī)則的自由曲面，利用3D數(shù)字化測(cè)量?jī)x，準(zhǔn)確、快速地測(cè)量出輪廓坐標(biāo)值，并構(gòu)建曲面，經(jīng)編輯、修改后，轉(zhuǎn)至一般的CAD／CAM系統(tǒng)，將原有的實(shí)物或影像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字化模型，再由CAM產(chǎn)生刀具的NC加工路徑并傳送至CNC機(jī)床，制作所需模具，或者生成STL文件，用快速原型技術(shù)( RP) 將樣品模型制作出來。&

9、lt;/p><p>　　根據(jù)樣品的三維數(shù)字化模型，可以反復(fù)修改模具型面，并自動(dòng)生成NC加工程序，從而大大提高模具生產(chǎn)效率，降低模具制造成本。逆向工程技術(shù)在我國(guó)，特別是在注塑行業(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　1 逆向工程的結(jié)構(gòu)體系</p><p>　　目前逆向工程的工作流程如圖1所示，主要由三部分組成：產(chǎn)品實(shí)物外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造。

10、逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和模型的重建。</p><p>　　圖1 逆向工程的流程圖</p><p><b>　　1.1 數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步，其方法正確與否直接影響實(shí)物的二維、三維幾何數(shù)據(jù)，影響到重建的CAD實(shí)體模型的質(zhì)量，并最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。</p><p>

11、;　　逆向工程中的測(cè)量方法大體分為接觸式與非接觸式兩類。目前，實(shí)現(xiàn)逆向工程的主要測(cè)量設(shè)備是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和激光掃描儀。從測(cè)量方式來看，前者屬于接觸式測(cè)量，后者屬于非接觸式測(cè)量。一般來說，測(cè)量中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的常用方法有以下幾種。</p><p>　　隨機(jī)采集法:使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)表面進(jìn)行隨機(jī)采集。通過響應(yīng)表面構(gòu)造來確定響應(yīng)和多個(gè)收斂變量之間的關(guān)系。</p><p>　　網(wǎng)格采集法:通過事先確定好的

12、網(wǎng)格圖，沿著網(wǎng)格路徑測(cè)量表面網(wǎng)格接點(diǎn)值。這種方法非常適合于Bezier和B樣條這樣一些擬合曲面。</p><p>　　Hamersley點(diǎn)法: Woo提出了一種使用Hamersley點(diǎn)來控制測(cè)量平均表面粗糙度的方法，用根均平方差比較測(cè)量結(jié)果，所需要的測(cè)量點(diǎn)與均勻分布的測(cè)量點(diǎn)相比，在數(shù)量上成平方減少的關(guān)系。</p><p>　　故障函數(shù)法: Moloch提出的方法是利用一個(gè)故障函數(shù)來確定

13、二維和三維測(cè)量位置。誤差函數(shù)應(yīng)預(yù)測(cè)所需要的測(cè)量點(diǎn)，這樣就能夠減少需要精確重構(gòu)表面的點(diǎn)數(shù)。其缺點(diǎn)是故障函數(shù)難以確定，通常用表面曲率來作為故障函數(shù)。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)和CAD技術(shù)的迅速發(fā)展，以測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)、曲面重構(gòu)技術(shù)為支撐的逆向工程在汽車工業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。逆向工程又稱反求工程，主要包含2項(xiàng)內(nèi)容：一是實(shí)物模型的數(shù)據(jù)采集；二是數(shù)字模型的建立。數(shù)據(jù)采集是逆向工程的首要環(huán)節(jié)，是反求建模的理論

14、依據(jù)。采集數(shù)據(jù)的精度和速度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和開發(fā)效率等。準(zhǔn)確、快速、完備地獲得產(chǎn)品的三維幾何數(shù)據(jù)，是逆向工程的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)隨著逆向工程的廣泛應(yīng)用不斷發(fā)展，從最初的接觸式測(cè)量，發(fā)展到光學(xué)、磁學(xué)等非接觸式測(cè)量，直到新近開發(fā)的組合測(cè)量等。如今用于數(shù)據(jù)采集的測(cè)量機(jī)種類繁多、測(cè)量精度、測(cè)量速度各不相同。因此，對(duì)于不同類型的實(shí)體及數(shù)據(jù)采集的不同階段選用測(cè)量機(jī)都應(yīng)做到有的放矢，合理利用資源，以利用最低成本實(shí)現(xiàn)最優(yōu)目標(biāo)點(diǎn)采集。</

15、p><p><b>　　1．2數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　對(duì)于獲取的一系列點(diǎn)云數(shù)據(jù)在進(jìn)行CAD模型重建前，必須進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換、噪聲濾除、平滑、對(duì)探測(cè)頭半徑補(bǔ)償?shù)忍幚怼?lt;/p><p>　　逆向工程數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是利用平滑濾波函數(shù)來減少數(shù)據(jù)量，剔除疵點(diǎn)，減少噪聲，起平滑作用。對(duì)數(shù)據(jù)濾波，已有幾種方法:程序判斷濾波、N點(diǎn)平均濾波以及采用預(yù)測(cè)遞

16、推識(shí)辯與卡爾曼濾波相結(jié)合的自適應(yīng)濾波算法等。這些方法在濾除干擾信號(hào)和隨機(jī)誤差方面取得了較好的進(jìn)展。最終實(shí)現(xiàn)用某種特定的數(shù)學(xué)形式唯一地表達(dá)出這個(gè)三維曲面，以便用豐富的CAD/CAM工程軟件進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。</p><p><b>　　1.3 模型重建</b></p><p>　　將處理過的測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD系統(tǒng)，依據(jù)前面創(chuàng)建的曲線、曲面構(gòu)建實(shí)物的三維數(shù)字化原型。&l

17、t;/p><p>　　逆向工程中的模型重建是以離散點(diǎn)云為基礎(chǔ)，應(yīng)用相關(guān)軟件獲取實(shí)物的三維CAD模型。為了適應(yīng)逆向工程技術(shù)的發(fā)展需求，專用的逆向工程軟件相繼面市，具有代表性的有SDRC公司的Image Ware Surface、Perform公司的Perform 、DELCAM 公司的Copy CAD等。一些CAD/CAM軟件也集成了逆向工程模塊，如Pro/Engineer的SC

18、AN-TOOLS模塊、UGⅡ的點(diǎn)云處理和曲線、曲面擬合功能等。雖然專用逆向工程軟件取得了較大的發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的局限。例如Surface軟件在處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)、線面擬合方面有其特色，但是提供的曲面造型手段及輔助功能和功能完備的商用CAD/CAM軟件相比還有不小差距 。而對(duì)于傳統(tǒng)的CAD/CAM軟件來說處理龐大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也是非常困難的。因此，選用 Surface和CATIA相結(jié)合的方式，充分利用軟件的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)

19、建實(shí)物的CAD模型。</p><p>　　2 塑料水壺模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造</p><p>　　2．1水壺原型的數(shù)據(jù)采集</p><p>　　使用PIX-30三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x掃描測(cè)量，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。首先將水壺固定在掃描平臺(tái)上，調(diào)整掃描探頭的掃描區(qū)域，使掃描區(qū)域正好包含水壺的最大尺寸。然后進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，測(cè)量中點(diǎn)與點(diǎn)間距及掃描線與掃描線間距均可自由設(shè)定。測(cè)量數(shù)據(jù)以STL格

20、式保存，便于以后用UG軟件打開。圖2為水壺樣品的三維掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)</p><p>　　下面是引用佳工機(jī)電網(wǎng)的水壺樣品的三維掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖：</p><p><b>　　2．2 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　由于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量放法，誤差處理方式及周圍環(huán)境等因素的影響，使采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不可避免地受到噪音的污染，同時(shí)在凹陷區(qū)肯定會(huì)產(chǎn)生測(cè)

21、量盲區(qū)，所以，在反求模型之前必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。刪除不需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)，過濾噪聲，減少點(diǎn)數(shù)據(jù)數(shù)目，在曲面的變化緩慢的地方取點(diǎn)密度較稀疏，在曲率變化較大部分要密集取點(diǎn)。對(duì)于采點(diǎn)盲區(qū)，可以采用填充命令進(jìn)行修補(bǔ)。首先對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行去噪平滑處理，這樣修補(bǔ)后的模型整體光順性可得到進(jìn)一步提高。</p><p>　　2．3水壺原型的重建</p><p>　　在UG系統(tǒng)中，曲面是一種泛稱，片體和實(shí)體的自由表面

22、都可稱為曲面。UG曲面的數(shù)學(xué)性質(zhì)為B曲面，也就是NURBS( 非均勻有理B樣條) 曲面。B曲面由若干曲面片( 補(bǔ)片) 構(gòu)成，其參數(shù)曲線是多段樣條；單補(bǔ)片曲面是貝塞爾曲面，其參數(shù)曲線是單段樣條，貝塞爾曲面是B曲面的特例。UG系統(tǒng)具有強(qiáng)大的曲面建模功能，在設(shè)計(jì)時(shí)，由點(diǎn)云數(shù)據(jù)先構(gòu)造曲線，再由曲線構(gòu)造曲面。創(chuàng)建自由曲線，主要使用splint(樣條曲線)命令。在UG中運(yùn)行Insert Curve Splint菜單命令，出現(xiàn)splint對(duì)話框?？稍?/p>

23、對(duì)話框中選擇By poles、Through Points、Fit及Perpendicular to Planes四種方式創(chuàng)建曲線。并可在后續(xù)步驟中進(jìn)行控制曲線階次與段數(shù)、曲線的分析顯示、指定斜率和指定曲率等操作。</p><p>　　一般地，為了提高最后的曲面質(zhì)量，曲線的形狀要達(dá)到以下要求：沒有尖點(diǎn)、曲率變化均勻平滑、曲線上的控制點(diǎn)數(shù)量盡可能少。同時(shí)要保證曲線的整體特性，如凹凸性和光順性等。利用預(yù)先構(gòu)造的曲線作

24、為輸入數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲面是構(gòu)造曲面的主要放法。主要命令為：Insert／Free From feature子菜單下的通過曲線創(chuàng)建片體( Through Curves)、通過曲線網(wǎng)格創(chuàng)建片體( Through Curve Mesh) 、通過曲線掃描創(chuàng)建片體(Sweep) 等。圖3顯示了水壺的線框模型</p><p>　　下面是引用佳工機(jī)電網(wǎng)的水壺的線框模型：</p><p>　　建立片體不是UG建

25、模的目的，最終的目的是要建立實(shí)體模型。UG中可通過縫合、補(bǔ)片體、修剪實(shí)體、加厚片體等方法生成實(shí)體。圖4是最后完成的水壺原型。</p><p>　　下面是引用佳工機(jī)電網(wǎng)的水壺原型：</p><p>　　2．4模具零件的生成</p><p>　　模具設(shè)計(jì)的流程通常為：</p><p>　　( 1)制品設(shè)計(jì)( 直接創(chuàng)建三維模型或?qū)氲娜S模型) 。

26、 </p><p>　　( 2) 觀察分析實(shí)體模型的出模斜度和分型情況。</p><p>　　(3)設(shè)計(jì)模具的分型面、模腔布局、內(nèi)嵌件、推桿、澆口、冷卻和電極。</p><p>　　(4)初始化項(xiàng)目名稱、加載實(shí)體模型和單位。</p><p>　　(5) 確定拔模方向、收縮率和成型鑲件。</p><p>　　(6)修補(bǔ)開

27、放面。 </p><p>　　(7)定義分型面。 </p><p>　　(8)加入標(biāo)準(zhǔn)模架、推桿、滑塊、內(nèi)抽芯和內(nèi)嵌件。</p><p>　　(9)設(shè)計(jì)澆口、流道、冷卻、電極、建腔和列材料清單。 </p><p>　　(10)利用UG的CAM模塊生成型芯、型腔的NC加工程序。</p><p>　　利用UG中的注塑模具設(shè)

28、計(jì)(Mold Wizard) 模塊，調(diào)入獲得的水壺原型，通過設(shè)定Z軸的正方向?yàn)轫敵龇较?，設(shè)置模具坐標(biāo)系，取塑件的收縮率為1．005，再通過設(shè)置成型鑲件、布局、修補(bǔ)、建立分型線、建立分型面，從而可以快速設(shè)計(jì)出注塑模的關(guān)鍵件——凸模如圖5所示和凹模如圖6所示</p><p>　　下面是引用佳工機(jī)電網(wǎng)的水壺凸模和凹模：</p><p>　　2．5模具零件NC程序的生成</p>&l

29、t;p>　　將獲得的模具零件直接導(dǎo)入U(xiǎn)G的CAM模塊，根據(jù)曲面選擇不同的刀具和加工方式，設(shè)置合理的工藝參數(shù)、切削用量、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)。模擬仿真確認(rèn)無誤后，選擇加工中心的后處理器，系統(tǒng)自動(dòng)生成銑削定位NCI 和NC文件，通過網(wǎng)線與機(jī)床通訊并實(shí)施加工。</p><p>　　NC加工程序的生成也非常方便，加工方式由使用者定義，可采用掃描方式相同或不同的方式進(jìn)行加工。也就是說刀具路線不取決于掃描路線，刀具尺寸不取決

30、于掃描探頭尺寸，加工間距不取決于掃描間距，加工速度不取決于掃描速度，加工精度不取決于掃描精度，可實(shí)現(xiàn)粗加工編程，也可實(shí)現(xiàn)精加工編程。最后通過后處理生成不同數(shù)控系統(tǒng)的NC代碼，輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工。</p><p><b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　　將逆向工程技術(shù)應(yīng)用到注塑模的設(shè)計(jì)與制造中，借助于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和UG軟件，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、產(chǎn)品建

31、模、模具設(shè)計(jì)、NC程序生成以及加工?？梢源蟠罂s短模具的設(shè)計(jì)與制造周期，加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的精度，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。特別是在零件形狀復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)與制造中，其優(yōu)勢(shì)更加明顯。因此，逆向工程的應(yīng)用，將有助于提高整個(gè)模具的技術(shù)含量，提升模具企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　逆向工程技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)，不但縮短了模具的設(shè)計(jì)制造周期，而且大大地降低了模具的生產(chǎn)成本，保證了模具的加工質(zhì)量，提高了數(shù)

32、控設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)了模具的快速制造。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.毛炳祥,陳一如,李萍,張世英,齊全躍;反求工程中的若干問題[J];兵工學(xué)報(bào);1997年04期</p><p>　　2.魏鐵華;現(xiàn)象相似、相似定理與相似指標(biāo)求取[J];成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化;1997年04期你</p><

33、;p>　　3.王宇華,范彥斌,馮心海;測(cè)量造型中的測(cè)量問題與處理方法[J];佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1996年04期</p><p>　　4.王宇華,范彥斌,馮心海;實(shí)物測(cè)量造型中光順準(zhǔn)則和方法探討[J];佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1996年06期</p><p>　　5.石沛林,沈浩,郭煥強(qiáng);裝載機(jī)新型工作裝置反求設(shè)計(jì)[J];工程機(jī)械;2000年07期<