浅谈模具型腔的逆向工程技术

论文题目：浅谈模具型腔的逆向工程技术姓专名：业：指导教师提交日期：2018.04.10浅谈模具型腔的逆向工程技术内容摘要随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用CAD/CAM技术、先南宁制造技术来实现产品实物的逆向工程，已成为CAD/CAM领域的一个研究热点。

为适应现代先进制造技术的发展。

需将实物样件或手工模型转换为CAD数据，以便利用快速成形系统、计算机辅助系统等对其进行处理，并进行修改和优化设计。

逆向工程专门为制造业提供了一个全新、高效的重构手段，实现从实际物体到几何建模的直接转换。

逆向工程技术涉及计算机图形学、计算机图像处理、微分几何、概率统计等学科，是CAD领域最活跃的分支之一。

逆向工程技术是基于计算机技术、数控测量技术和CAD/CAM技术发展基础上产生的一项新技术,在具有复杂型面的模具产品设计开发和制造方面,能大大地缩短设计开发周期,保证产品质量 . 逆向工程技术不是仿形设计技术,而是在原型产品的基础上进行二次设计和加工 ,是更高层次的设计技术 .这一技术使产品模型得到精确的表达和再现,为产品的进一步分析、优化和制造确立了统一的对象 ,在产品快速设计开发和复杂型面数控加工方面都具有重大的意义.目录1.1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.2逆向 工程定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1.3逆向 工程与技术引进⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、第 2章逆向 工程测量技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 12 2 2.2测量技术 的原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.3三坐标测量机⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2.4三坐标测量机 的发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、逆向 工程技术操作流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 23 6 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3.1 .逆向 工程 的基本 工作流程研究 3.2.数据预处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3.3实例介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 四、逆向 工程技术实施 的条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 11 11 4.1逆向 工程技术实施 的硬件条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4.2逆向 工程技术实施 的软件条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、逆向 工程在模具制造中 的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12 12 12 5.1快速制模铸造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.2快速模具制造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5.3 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12 13 六、参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一章绪论1.1概述随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。

在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。

设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。

1.2逆向工程定义逆向工程，也称反求工程 ,是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程 ,是一个从样品生成产品数字化信息模型, 并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。

1.3逆向工程与技术引进1.根据实物样件制造模具2.模具的修改定型3.以样本模具为对象的消化吸收4.损坏或磨损模具的还原5.回弹检测与质量控制第二章逆向工程测量技术2.1概述逆向工程数据测量是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。

2.2测量技术的原理将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内，可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其它几何量数据。

高效、高精度地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。

2.3三坐标测量机三坐标测量机 CMM (Coordinate Measuring Machine)以其独特的测量方式 ,满足对形状误差和位置误差等众多加工参数测量的要求,随着计算机数控化开发 ,使得CMM测量自动化成为现实。

在安排 CMM测量路径时 ,根据被测曲面特征 ,将曲面分前者易于实现 CMM 的自动测量规划 ,操作为已知数学模型和未知数学模型的曲面。

相对成熟和稳定 ,而后者操作比较困难 ,测量误差比较大。

以未知模型曲面的 CMM测量为研究重点 ,采用准 CAD模型规划 CMM测量路径。

根据激光扫描仪测量速度快,测量方便等优点 ,采用激光扫描仪采集数据 ,通过对测量数据进行数据拼合、数据处理、坐标系建立等操作 ,建立准 CAD模型 ,以准 CAD 模型为连接纽带 ,用于解决未知模型曲面难于安排 CMM测量路径的难题。

首先分析CMM 的系统误差 :即机械结构误差、温度误差、探头探测误差、软件算法误差和测量误差等五个方面 ;分析 CMM 的系统参数设置 :即探针的选择、探测距离的设置,探针旋转角度的设置、探针运动速度四个方面对精度的影响。

采用三点共圆理论选用适合的探针。

2.4三坐标测量机 的发展趋势先进制造技术、各种 工程项目与科学实验 的需要也对三坐标测量机不断提出新 的、更高 的要 求。

从目前国内外三坐标测量机发展情况和科技、生产对三坐标测量机提出 的要求看，在今 后一段时期内，它 的主要发展趋势可以概括为以下几方面。

（ 1 ）普及高速测量质量与效率一直是衡量各种机器性能、 生产过程优劣 的两项主要指标。

传统 的概念是为了保证测量精度，测量速度不宜过高。

随着生产节奏不断加快，用户在要求测量机保证测量精度 的同时，会对 CMM 的测量速度提出越来越高 的要求。

为 CMM 带来以下几个方面 的革新。

测量机 的结构设计改进及材料 的变化， 而提高测量机测量速度这一目 的，会 结构优化以提高 刚性，减轻运动部件 的质量；使用轻质材料来降低运动惯性， 即由普通使用 的花岗石等传统铝、陶瓷、人 工合成材料在测高速 的动态性能要求提高动态补偿能力， 动态误差与测量机材料转变为密度与杨氏模数之比低 的材料、薄壁空心结构等。

量机中获得了越来越多 的应用； 的结构参数和运动规程有关。

在研究这些特性 的基础上， 既可以改进测量机 的结构设计， 提 高控制系统性能，又可以进行动态误差补偿，触式测头测量方式，在触测情况下，由于 工件与测头 的接触速度不能太大，带来了很大 的限制。

扫描测量方式虽比点位测量方式效率高得多， 在实现高速测量 的同时保证高精度； 采用非接 这就给测量速度 但仍受触测 的限制。

采用 非接触测头，可避免频繁加速、减速、碰撞等，大大提高测量速度。

特别从对可靠性与安全 保护提出更高要求看，非接触测头也有很大 的优越性； 所谓脱 机编程技术，就是在编程技术 的辅助下，在不上测量机 的情况下，在三维图形 的环境下完成 对测量程序 的编制 工作。

这样不但能有效地提高测量机 的实际使用效率，脱机编程技术成为一种趋势， 也提高了测量程序 的编制效率。

脱机编程技术 的应用使我们能完全与生产准备及生产过程同步进行测量 的准备工作，从而更可以节约宝贵 的测量机时。

（2）新材料和新技术 的应用确保可靠高速 的测量功能，国外十分重视研究机体原材料 的选用，最近在传统 的铸铁、铸钢 基础上，增加了合金、石材、陶瓷等新材料。

Zeiss 、Sheffield 、Leitz 、 Ferranti （英国）、DEA等世界上的主要三坐标测量机制造厂商，大都采用了重量轻、刚性好、导热性强的合金材料，来制造测量机上的运动机构部件。

铝合金、陶瓷材料以及各种合成材料在三坐标测量机中得到了越来越广泛的应用。

由于新型材料良好的导热性，所以在发生温度分布不均匀时，也能在极短的时间内迅速达到热平稳，将由温度变化所产生的热变形减至最低。

为此，近几年引起了厂商的改型高潮，新品种层出不穷。

技术指标的进步表现在两个方面： a.最高运动速度达到 15m/s以上； b.环境温度要求可降低到20+_4摄示度。

其它一些新技术，例如磁悬浮技术也会在测量机及其他测头中获得应用。

（３）控制系统的改进在现代制造系统中，测量的目的越来越不能仅仅局限于成品验收检验，而是向整个制造系统提供有关制造过程的信息，为控制提供依据。

从这一要求出发，必须要求测量机具有开尤其放式控制系统，具有更大的柔性。

为此，要尽可能利用发展迅速的新的电子工业技术，是计算机，设计新的高性近年来，计算机价格一直在降低，而性能愈来愈好。

如果能利用批量生产的价廉而性能高的计算机模板（例如80386、80486）来设计专用测量机数字控制系另外，也可以用复杂的控制系统进统，那么就可推出新的价廉而性能高的测量机控制系统。

行紧凑设计，以求降低成本。

（4）测量机测头的发展三坐标测量机除了机械本体外，测头是测量机达到高精度的关键，也是坐标测量机的核心。

与其他各项技术指标相比，提高测头的性能指标难度最大。

理想测头最主要的性能指标是测头接近零件能力的参数：在同等精度指标下，测头端部的测头体直径D与测杆长度 L 的长径比为 D/L。

其值愈大，其性能愈好。

此外，测量机测头的另一个重要趋势是，非接触测头将得到广泛的应用。

在微电子工业中有许多二维图案，如大规模集成电路掩模等，它们是用接触测头无法测量的。

近年来国外光学三坐标测量机发展十分迅速。

光学三坐标测量机的核心就是非接触测量。

与发展非接触测头的同时，具有高精度、较大量程、能用于扫描测量的模拟测头，以及能伸入小孔、用于不同类型的测头同时使用或交替使用，也是一个重测量微型零件的专门测头也将获得发展。

要发展方向。

（5）软件测量机的功能主要由软件决定。

三坐标测量机的操作、使用的方便性，也首先取决于软件，测量机每一项新技术的发展，都必须有相应配套的软件技术跟上。

为了将三坐标测量机纳入生产线，需要发展与网络通信、建模、CAD、实现反向工程的软件；按样条函数、 NURBS等进行拟合、建模以及各种仿真软件也在不断发展。

此外，加快普及使用通用测量软件（DMIS）以方便与 CAD/CAM 的数据交换；同时完善应用于不同类型工件之专用测量软件的开发和使用，最终形成基于同一种平台开发的测量软件族也成为软件革新的一种必然趋势。

可以说测量机软件是三坐标测量机中发展最为迅速的一项技术。

软件的发展将使三坐标测量机向智能化的方向发展，它至少将包括能进行自动编程、按测量任务对测量机进行优化、故障自动诊断等方面的内容。