注塑模設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　題目：基于逆向工程的注塑模設計與制造</p><p>　　姓 名 ： </p><p>　　學 號 ： </p><p>　　專 業(yè) ： 模具設計與制

2、造 </p><p>　　班 級 ： 08模具1班 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　基于逆向工程的注塑模設計與制造</p><p><b>　　

3、摘要</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　1 逆向工程的結構體系</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><b>　

4、　1.3 模型重建</b></p><p>　　2 塑料水壺模具的數(shù)字化設計與制造</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模具零件的生成</p>

5、<p>　　2．5模具零件NC程序的生成</p><p><b>　　3 結論</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　基于逆向工程的注塑模設計與制造</p><p&

6、gt;　　摘要：將逆向工程技術應用到塑料水壺模具的設計與制造中，通過采用PIX-30三坐標測量儀采集數(shù)據(jù)，利用UG軟件進行數(shù)據(jù)處理、模型重建、模具設計及自動編程，從而實現(xiàn)注塑模的快速設計與制造。</p><p>　　關鍵詞：逆向工程；UG；注塑模；快速設計；快速制造</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　在塑料產(chǎn)品的開發(fā)

7、過程中，幾何造型技術已使用得相當廣泛。但由于種種原因，模具企業(yè)從廠商接受的技術資料往往并非CAD的模型，而是由復雜的自由曲線曲面組成的實物樣件，若采用傳統(tǒng)的方法設計制造產(chǎn)品，生產(chǎn)周期長，成本高，無法應對瞬息萬變的塑料品市場，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科越來越受到人們的關注和重視。</p><p>　　傳統(tǒng)的設計方法是以功能為基礎，通過方

8、案設計、圖樣設計及產(chǎn)品制造、裝配，以獲取產(chǎn)品實物作為最終目的，而逆向工程設計是針對現(xiàn)有工件，尤其是復雜不規(guī)則的自由曲面，利用3D數(shù)字化測量儀，準確、快速地測量出輪廓坐標值，并構建曲面，經(jīng)編輯、修改后，轉至一般的CAD／CAM系統(tǒng)，將原有的實物或影像轉化為計算機上的三維數(shù)字化模型，再由CAM產(chǎn)生刀具的NC加工路徑并傳送至CNC機床，制作所需模具，或者生成STL文件，用快速原型技術( RP) 將樣品模型制作出來。</p>&l

9、t;p>　　根據(jù)樣品的三維數(shù)字化模型，可以反復修改模具型面，并自動生成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。逆向工程技術在我國，特別是在注塑行業(yè)有著十分廣闊的應用前景。</p><p>　　1 逆向工程的結構體系</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)品實物外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造。逆向工程的關鍵技術是數(shù)據(jù)采

10、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物的二維、三維幾何數(shù)據(jù)，影響到重建的CAD實體模型的質量，并最終影響產(chǎn)品的質量。</p><p>　　逆向工程中的測量方法

11、大體分為接觸式與非接觸式兩類。目前，實現(xiàn)逆向工程的主要測量設備是坐標測量機和激光掃描儀。從測量方式來看，前者屬于接觸式測量，后者屬于非接觸式測量。一般來說，測量中進行數(shù)據(jù)采集的常用方法有以下幾種。</p><p>　　隨機采集法:使用坐標測量機對表面進行隨機采集。通過響應表面構造來確定響應和多個收斂變量之間的關系。</p><p>　　網(wǎng)格采集法:通過事先確定好的網(wǎng)格圖，沿著網(wǎng)格路徑測量表

12、面網(wǎng)格接點值。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點法: Woo提出了一種使用Hamersley點來控制測量平均表面粗糙度的方法，用根均平方差比較測量結果，所需要的測量點與均勻分布的測量點相比，在數(shù)量上成平方減少的關系。</p><p>　　故障函數(shù)法: Moloch提出的方法是利用一個故障函數(shù)來確定二維和三維測量位置。誤差函

13、數(shù)應預測所需要的測量點，這樣就能夠減少需要精確重構表面的點數(shù)。其缺點是故障函數(shù)難以確定，通常用表面曲率來作為故障函數(shù)。</p><p>　　隨著計算機和CAD技術的迅速發(fā)展，以測量技術為基礎、曲面重構技術為支撐的逆向工程在汽車工業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)中得到了廣泛的應用。逆向工程又稱反求工程，主要包含2項內容：一是實物模型的數(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)，是反求建模的理論依據(jù)。采集數(shù)據(jù)的精度和速度

14、直接影響產(chǎn)品的質量和開發(fā)效率等。準確、快速、完備地獲得產(chǎn)品的三維幾何數(shù)據(jù)，是逆向工程的一項關鍵技術。數(shù)據(jù)采集技術隨著逆向工程的廣泛應用不斷發(fā)展，從最初的接觸式測量，發(fā)展到光學、磁學等非接觸式測量，直到新近開發(fā)的組合測量等。如今用于數(shù)據(jù)采集的測量機種類繁多、測量精度、測量速度各不相同。因此，對于不同類型的實體及數(shù)據(jù)采集的不同階段選用測量機都應做到有的放矢，合理利用資源，以利用最低成本實現(xiàn)最優(yōu)目標點采集。</p><p&

15、gt;<b>　　1．2數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　對于獲取的一系列點云數(shù)據(jù)在進行CAD模型重建前，必須進行格式的轉換、噪聲濾除、平滑、對探測頭半徑補償?shù)忍幚怼?lt;/p><p>　　逆向工程數(shù)據(jù)處理的關鍵是利用平滑濾波函數(shù)來減少數(shù)據(jù)量，剔除疵點，減少噪聲，起平滑作用。對數(shù)據(jù)濾波，已有幾種方法:程序判斷濾波、N點平均濾波以及采用預測遞推識辯與卡爾曼濾波相結合的

16、自適應濾波算法等。這些方法在濾除干擾信號和隨機誤差方面取得了較好的進展。最終實現(xiàn)用某種特定的數(shù)學形式唯一地表達出這個三維曲面，以便用豐富的CAD/CAM工程軟件進行產(chǎn)品的設計工作。</p><p><b>　　1.3 模型重建</b></p><p>　　將處理過的測量數(shù)據(jù)導入CAD系統(tǒng)，依據(jù)前面創(chuàng)建的曲線、曲面構建實物的三維數(shù)字化原型。</p><

17、;p>　　逆向工程中的模型重建是以離散點云為基礎，應用相關軟件獲取實物的三維CAD模型。為了適應逆向工程技術的發(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SCAN-TOOLS模塊、UG

18、Ⅱ的點云處理和曲線、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，但在實際應用中還存在一定的局限。例如Surface軟件在處理點云數(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 。而對于傳統(tǒng)的CAD/CAM軟件來說處理龐大的點云數(shù)據(jù)也是非常困難的。因此，選用 Surface和CATIA相結合的方式，充分利用軟件的優(yōu)勢，創(chuàng)建實物的CAD模型。<

19、;/p><p>　　2 塑料水壺模具的數(shù)字化設計與制造</p><p>　　2．1水壺原型的數(shù)據(jù)采集</p><p>　　使用PIX-30三坐標測量儀掃描測量，得到點云數(shù)據(jù)。首先將水壺固定在掃描平臺上，調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。然后進行自動測量，測量中點與點間距及掃描線與掃描線間距均可自由設定。測量數(shù)據(jù)以STL格式保存，便于以后用UG軟件

20、打開。圖2為水壺樣品的三維掃描點云數(shù)據(jù)</p><p>　　下面是引用佳工機電網(wǎng)的水壺樣品的三維掃描點云數(shù)據(jù)圖：</p><p><b>　　2．2 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　由于三坐標測量儀的測量放法，誤差處理方式及周圍環(huán)境等因素的影響，使采集到的點云數(shù)據(jù)不可避免地受到噪音的污染，同時在凹陷區(qū)肯定會產(chǎn)生測量盲區(qū)，所以，在反求模型之

21、前必須對數(shù)據(jù)進行編輯。刪除不需要的點數(shù)據(jù)，過濾噪聲，減少點數(shù)據(jù)數(shù)目，在曲面的變化緩慢的地方取點密度較稀疏，在曲率變化較大部分要密集取點。對于采點盲區(qū)，可以采用填充命令進行修補。首先對原始點云進行去噪平滑處理，這樣修補后的模型整體光順性可得到進一步提高。</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，片體和實體的自由表面都可稱為曲面。UG曲面的數(shù)

22、學性質為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( 補片) 構成，其參數(shù)曲線是多段樣條；單補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)具有強大的曲面建模功能，在設計時，由點云數(shù)據(jù)先構造曲線，再由曲線構造曲面。創(chuàng)建自由曲線，主要使用splint(樣條曲線)命令。在UG中運行Insert Curve Splint菜單命令，出現(xiàn)splint對話框?？稍趯υ捒蛑羞x擇By pole

23、s、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量，曲線的形狀要達到以下要求：沒有尖點、曲率變化均勻平滑、曲線上的控制點數(shù)量盡可能少。同時要保證曲線的整體特性，如凹凸性和光順性等。利用預先構造的曲線作為輸入數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲面是構造曲

24、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>　　下面是引用佳工機電網(wǎng)的水壺的線框模型：</p><p>　　建立片體不是UG建模的目的，最終的目的是要建

25、立實體模型。UG中可通過縫合、補片體、修剪實體、加厚片體等方法生成實體。圖4是最后完成的水壺原型。</p><p>　　下面是引用佳工機電網(wǎng)的水壺原型：</p><p>　　2．4模具零件的生成</p><p>　　模具設計的流程通常為：</p><p>　　( 1)制品設計( 直接創(chuàng)建三維模型或導入的三維模型) 。 </p>

26、<p>　　( 2) 觀察分析實體模型的出模斜度和分型情況。</p><p>　　(3)設計模具的分型面、模腔布局、內嵌件、推桿、澆口、冷卻和電極。</p><p>　　(4)初始化項目名稱、加載實體模型和單位。</p><p>　　(5) 確定拔模方向、收縮率和成型鑲件。</p><p>　　(6)修補開放面。 </p>

27、;<p>　　(7)定義分型面。 </p><p>　　(8)加入標準模架、推桿、滑塊、內抽芯和內嵌件。</p><p>　　(9)設計澆口、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中的注塑模具設計(Mold Wizard

28、) 模塊，調入獲得的水壺原型，通過設定Z軸的正方向為頂出方向，設置模具坐標系，取塑件的收縮率為1．005，再通過設置成型鑲件、布局、修補、建立分型線、建立分型面，從而可以快速設計出注塑模的關鍵件——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><p>　　將獲得的

29、模具零件直接導入UG的CAM模塊，根據(jù)曲面選擇不同的刀具和加工方式，設置合理的工藝參數(shù)、切削用量、主軸轉速等參數(shù)。模擬仿真確認無誤后，選擇加工中心的后處理器，系統(tǒng)自動生成銑削定位NCI 和NC文件，通過網(wǎng)線與機床通訊并實施加工。</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，刀具尺寸不取決于掃描探頭尺寸，加工間距不

30、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，可實現(xiàn)粗加工編程，也可實現(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)控機床進行零件加工。</p><p><b>　　3 結論</b></p><p>　　將逆向工程技術應用到注塑模的設計與制造中，借助于三坐標測量儀和UG軟件，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、產(chǎn)品建模、模具設計、NC程序生成

31、以及加工?？梢源蟠罂s短模具的設計與制造周期，加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高產(chǎn)品設計與制造的精度，增強企業(yè)的競爭能力。特別是在零件形狀復雜的模具設計與制造中，其優(yōu)勢更加明顯。因此，逆向工程的應用，將有助于提高整個模具的技術含量，提升模具企業(yè)的競爭力。</p><p>　　逆向工程技術應用于產(chǎn)品的模具設計，不但縮短了模具的設計制造周期，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量，提高了數(shù)控設備利用率，實現(xiàn)了模具的

32、快速制造。 </p><p><b>　　參考文獻</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];兵工學報;1997年04期</p><p>　　2.魏鐵華;現(xiàn)象相似、相似定理與相似指標求取[J];成組技術與生產(chǎn)現(xiàn)代化;1997年04期你</p><p>　　3.王宇華

33、,范彥斌,馮心海;測量造型中的測量問題與處理方法[J];佛山科學技術學院學報(自然科學版);1996年04期</p><p>　　4.王宇華,范彥斌,馮心海;實物測量造型中光順準則和方法探討[J];佛山科學技術學院學報(自然科學版);1996年06期</p><p>　　5.石沛林,沈浩,郭煥強;裝載機新型工作裝置反求設計[J];工程機械;2000年07期</p><p