鞋楦CAD_CAM集成系统关键技术研究
基于CAD_CAM集成的鞋楦快速逆向成型技术研究
·28· 计算机应用技术 机械 2006年第9期 总第33卷——————————————— 收稿日期：2006－03－10 基于CAD/CAM 集成的鞋楦快速逆向成型技术研究陆国栋，陈健，王进（浙江大学 CAD&CG 国家重点实验室，浙江 杭州 310027）摘要：研究了鞋楦的快速数字化原型技术，采用三维卤光扫描仪，快速获取原始数据；利用Geomagic 软件对点云进行诸如补洞，简化等有效处理，输出.obj 文件到自行开发的系统中；交互调整楦的初始位置并自动识别鞋楦的关键特征点，对鞋楦进行整体缩放或指定特征尺寸缩放；通过镜像，自动生成另一只对应鞋楦；数据以STL 格式直接输入到快速成型机进行加工，从而实现了三维扫描仪作为输入，快速成型机作为输出的集成CAD/CAM 系统。
关键词：鞋楦；逆向工程；点云处理；特征点；数字放码；快速成型中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1006－0316（2006）09－0028－04Research of shoe last RP based on CAD/CAM integrationLU Guo-dong ，CHEN Jian ，WANG Jin(State Key Lab. of CAD&CG at Zhejiang University ，Hangzhou 310027，China)Abstract ：Based on 3D scan, we generate the shoe last points cloud rapidly , which can be disposed of effective .By adjusting the initial position of the data cloud mutual, we can recognize the feature points automatically , then to form the feature sizes ,to change the shoe last sizes digital and display it in 3D.With the use of the mirror function, a pair of shoe last can be built. The ultimate data import into the RP machine directly and produce the practicality. The paper bring a method which has been accomplished that constitute a closed circle from 3D scan to RP manufacture rely on the ideal about CAD/CAM integration system.Key words ：shoe last ；RE ；points cloud processing ；feature point ；digital change ；RP制鞋业是我国重要的出口行业，但是目前大部分都是以代工的方式为国外加工，产品的设计和基于个性化需求的快速制造能力偏低。
CADCAMCAPP集成的关键技术
CAD/CAM/CAPP集成的关键技术C09机械2 XXX摘要：CAD/CAMCAPP集成的关键是CAD、CAM和CAPP之间的数据交换与共享。
CAPP/CAM系统是制造业信息化的核心技术，主要支持和实现产品设计、分析、工艺规划、数控加工及质量检验等工程活动的自动化处理。
CAD/CAM/CAPP的集成，要求产品设计与制造紧密结合，其目的是保证产品设计、工艺分析、加工模拟，直至产品制造过程中的数据具有一致性，能够直接在计算机间传递，从而克服由图纸、语言、编码造成的信息传递的局限性，减少信息传递误差和编辑出错的可能性。
Summary：T he CAD/CAE/CAPP/CAM integration's key is between CAD, CAE, CAPP and the CAM data exchange and sharing. The CAE/CAPP/CAM system is the manufacturing industry informationization core technologies, mainly supports and realizes project activity and so on product design, analysis, craft plan, numerical control processing and performance test automated processing. The CAD/CAE/CAPP/CAM integration, the request product design and makes the close union, its goal is guaranteed that the product design, the process study, the processing simulation, have the uniformity until the product process of manufacture's in data, can transmit directly in the computer, thus overcomes the information transmission limitation which by the blueprint, the language, the code creates, reduces possibility which the information transmission error and the editor make a mistake.关键词：集成CAD/CAM/CAPP；关键技术Key word：Integrates CAD, CAM, CAPP Key technologies1.引言CAD/CAM/CAPP之间的信息集成。
鞋楦数控加工的3M集成系统研究开发
（ｃｅｔ ｃ ｅｅｒｈ ｍｉｉｒｔ ｎＣ ｎｅ， ｈｊ ｎ ｄ ｓｙ＆ Ｔａ ｅ ｏａｉｎｌ ｏｌ ｅＷｅｚ ｏ ， ｈｊ ｎ ２ ０ ３ Ｓｉ ｉ ｓａｃ ｎｆ Ｒ ｉ Ａｄ ｎｓａｉ ｅｔｒＺ ｅａ ｇＩ ｕｔ ｔ ｏ ｉ ｎ ｒ ｒｄ ｃｔ ａ Ｃ ｌ ｇ， ｎｈ ｕ Ｚ ｅ ａｇ３ ５０ ） Ｖ ｏ ｅ ｉ
鞋楦 数控加工的３ Ｍ集成 系统研究开发
张 洁
（ 江 工 贸职 业技 术 学 院 浙
摘
科研 管理 中心 ，浙 江
温 州 ３ ５０ ） ２０ ３
要 ：本文介绍 了具有测量 一 建模 一 加工集成的鞋楦加工数控 系 统的开发 ，并深入研 究了 Ｍ集成中的若干关键技术， ３
包括 ：３ Ｍ的 系统集成，基于小渡基的轮廓Ｂ 样条光顺算法，以及鞋楦三维建模和加工刀位计算。
目前 ，大 多 数楦 厂 还 是 倚 靠 母 楦 （ 准 鞋 楦 ）进 标
（ ａｕｉｇ、 自动建模（ ｄｌｎ ） Ｍｅｓｒ ） ｎ Ｍｏｅ ｉ 、加工代码 自动生成 ｌｇ 完成数控加工（ ａ ｕａｔｒ ｇ的３ Ｍ ｎ ｆ ｕｉ ） Ｍ集成 的数控制楦机 ｃ ｎ 为主要加工装备的数控制楦方式 已经逐渐替代 原有 的
ｃ ｕｒｅ ｓｔｏ ｃ ｌｕｌｔｏ ｆ ｒｓ ｅｌ ｓ． ｒｐｏ ｉｉｎ ａｃ ａ ｉｎ ｈｏ ａ ｔ ｏ
Ｋｅ ｗｏ ｙ ｒｄｓ ３ ｔ ｇ ａ ｉｎ ｓ ｏ ｓ ｃ ｉ ｉｇ ｓ ｏ ｈ ｎ ｌ ｏ ｉ ｍ ； ｅ ｔ ｒ ｘ ｒ ｃｉ ｎ ： Ｍ ｉ ｅ ｒ ｔ ； ｈ ｅｌ ｔ ｎ ｏ ａ ｍａ ｈ ｎ ｎ ； ｍｏ ｔ ｉｇ ａ ｇ ｒｔ ｈ ｆ ａｕ ｅｅ ｔ ｔ ａ ｏ
关键 词 ：３ Ｍ集成；鞋楦加工 ；光顺算法；特征抽取
第八章_CADCAM系统集成技术
第 七 章 计 算 机 辅 助 工 艺 设 计
解决数据格式不同的问题。同时数据交换标准的 研究也促进了统一数据库技术的发展。 在人们的不断研究与探索过程中，提出许多 数 据 交 换标 准 。 其中 最 著 名、 应 用 最广 泛 的 是 IGES标准和STEP标准。
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 七 章
标准格式数据文件
Байду номын сангаас
计 算 机 辅 助 工 艺 设 计
前 置 处 理
后 置 处 理
前 置 处 理
后 置 处 理
前 置 处 理
后 置 处 理
系统A
系统B
系统C
图8－3 基于标准格式接口的系统集成
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 七 章 计 算 机 辅 助 工 艺 设 计
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 七 章 计 算 机 辅 助 工 艺 设 计
二．CAD/CAM系统集成方法 CAD/CAM系统集成方法 1．通过专用格式接口文件实现集成 下图给出的是最早的CAD/CAM集成的模式，单 元系统的独立性非常强，至多是提供一种专门的 数据格式。要解决应用问题，首先需要进行前置 前置 处理，将问题转换成这种专门数据格式的表达形 处理 式，系统处理过后，还要经过后置处理 后置处理，还原到 后置处理 应用问题空间，才能看到处理结果。 随着计算机软硬件的技术发展和应用CAD/CAM 水平的迅速提高，这种集成模式越来越少。
CAD/CAM技术 CAD/CAM技术
第 七 章 计 算 机 辅 助 工 艺 设 计
①IGES标准 IGES标准 IGES（Initial Graphics Exchange Specification）标 准，初始化图形交换标准，是由美国国家标准和 技 术 局 （ National Institute of Standards and Technology，NIST）研究提出的数据交换标准。 IGES定义了产品图形数据交换的文件结构、语法 格式以及几何要素与拓扑关系的表达方式。因此 IGES只是一种图形几何信息交换的标准，还不能 进行产品信息的交换。另外，IGES对数据传输不 可靠，输入输出过程往往有数据丢失；而且IGES 文件的有些语法结构有二义性，不同系统可能作 出不同的解释。 课本上给出了IGES的文件结构。
CADCAM技术研究现状及发展趋势
CADCAM技术研究现状及发展趋势CADCAM技术是计算机辅助设计和制造技术的缩写，主要用来设计和制造各种产品。
随着计算机技术的不断发展，CADCAM技术在制造业中发挥着越来越重要的作用。
目前，CADCAM技术已经广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等领域，为生产过程带来了效率的提升和成本的降低。
1.算法研究：CADCAM技术的核心是设计和制造的算法，目前研究人员不断完善和优化这些算法，以提高设计和制造的效率和精度。
2. 软件开发：CADCAM技术需要专门的设计软件来支持，目前市场上已经有了许多成熟的CADCAM软件，如SolidWorks、AutoCAD等，研究人员也在不断开发新的软件来满足不同行业的需求。
3.应用研究：CADCAM技术已经在许多领域得到了广泛应用，研究人员正在探索更多新的应用领域，如医疗器械、建筑设计等。
4.教育培训：随着CADCAM技术的发展，越来越多的人需要掌握这项技术，研究人员也在研究如何更好地教育和培训人才。
1.智能化：未来CADCAM技术将更加智能化，可以通过人工智能、机器学习等技术来自动完成设计和制造过程，减少人力投入，提高效率。
2.虚拟现实：随着虚拟现实技术的发展，CADCAM技术也将与虚拟现实技术结合，实现更直观、更实时的设计和制造过程。
3.云计算：云计算技术可以提供更大的计算和存储资源，未来CADCAM技术也将更多地借助云计算来实现大规模的设计和制造。
4.定制化：随着人们对个性化产品的需求不断增加，CADCAM技术将更加注重定制化设计和制造，为消费者提供更符合个人需求的产品。
总的来说，CADCAM技术在未来将继续发展，从智能化、虚拟现实、云计算到定制化等方面都将有更多的创新和突破。
随着技术的不断进步，CADCAM技术将在更多的领域发挥作用，为制造业带来更大的变革和提升。
面向中小企业的橡胶磨具CAD／CAM集成系统研究
２ ０ １ ３年 １ ０月
机床 与液压
Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｉ ＣＳ
Ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ３ Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ ． １ ９ Leabharlann 第４ ｌ卷 第 ｌ ９期
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ３ ． １ ９ ． ０ １ ５
ｕｂ ｒ ｂ ｅ ｒ — ｂ ｏ ｎ ｄ ｅ ｄ ａ ｂ ｒ ａ ｓ ｉ ｖ ｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ｂ ａ ｓ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．Ｓ ｏ ｍｅ ｋ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ
产品造型CADCAECAM集成方法研究的开题报告
产品造型CADCAECAM集成方法研究的开题报告一、研究背景现代产品设计在CAD、CAE、CAM等技术的支持下，实现了快速、精准的数字化设计、仿真分析和加工制造，极大地提高了产品设计效率和产品质量。
然而，现有的设计软件和工具往往存在着繁琐的数据转换、信息流程不畅等问题，设计师需要在不同软件之间反复切换，才能完成一件产品的设计。
因此，如何实现CAD、CAE、CAM的集成，实现数字化设计、仿真分析和加工制造的无缝衔接成为了现代产品设计领域的一个研究热点。
本课题旨在探讨CAD、CAE、CAM集成的实现方法，以提高产品设计的效率和质量。
二、研究内容1. CAD、CAE、CAM的概念及其应用2. CAD、CAE、CAM的集成方法研究3. 基于Python的CAD、CAE、CAM集成系统设计与实现4. CAD、CAE、CAM集成案例分析5. 集成系统的性能优化及扩展三、研究目标1. 掌握CAD、CAE、CAM集成的理论和实践知识。
2. 设计实现一套CAD、CAE、CAM集成系统，提高产品设计效率和质量。
3. 分析不同行业领域的CAD、CAE、CAM集成方法和需求，为企业提供产品设计和制造的解决方案。
四、研究方法和技术路线1. 文献调研，了解CAD、CAE、CAM集成的理论和实践。
2. 设计开发集成系统的功能模块，采用Python语言进行编程实现。
3. 执行系统性能测试，进行性能优化和扩展。
4. 对CAD、CAE、CAM集成的相关案例进行分析和评估。
五、研究意义1. 提高产品设计效率和质量，降低产品开发成本，满足市场对高质量、低成本产品的需求。
2. 推动CAD、CAE、CAM技术的发展，扩展其应用领域。
3. 为企业提供完整的数字化设计和制造解决方案，提高企业的竞争力。
六、预期成果1. 一篇综合性论文，介绍CAD、CAE、CAM集成的理论和方法，展示集成系统的设计和实现过程，并对集成系统进行性能测试和案例分析。
CAD-CAPP-CAM集成的关键技术
CAD/CAPP/CAM集成的关键技术1.产品的建模技术为了实现信息的高度集成，产品的建模是非常重要的。
一个完善的产品设计模型是CAD/CAPP/CAM系统进行信息集成的基础，也是CAD/CAPP/CAM系统中共享数据的核心，传统的基础基于实体造型的CAD系统仅仅是几何形状的描述、难以在模型中表达特征及公差、精度、表面粗糙度和材料热处理等工艺信息，从而导致CAD/CAPP/CAM系统集成的困难，基于特征的产品定义模型不仅能支持设计与制造各阶段所需的产品定义（几何信息、工艺和加工信息），而且还提供符合人们思维方式的高层次工程描述语—特征，是目前被认为最适合于CAD/CAPP/CAM集成系统的产品描述方法。
因此，产品的特征建模技术已成为集成过程中必须研究和解决的一项关键技术。
2.存储和处理公用信息的工程数据库技术目前在商业领域广泛应用的数据克管理系统大多是用于处理商用事务数据的，对于处理数量大、形式多样、结构烦琐、关系复杂、活动规律差、动态的CAD/CAM过程中的工程数据，还不能满足要求。
而已有的CAD/CAM集成系统，主要是通过文件来实现CAD与CAM之间的数据交换的。
不同子系统的文件之间要通过数据接口转换，传输效率不高。
为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各子系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享，尽量避免数据文件和格式转化，消除数据冗余，应努力建立能处理复杂工程数据的数据管理环境。
因此，研究和采用工程数据库管理方法将成为开发新一代CAD/CAPP/CAM—体化系统的又一关键，也是系统集成的核心。
3.进行数据交换的借口技术数据交换的任务是，在不同的计算机之间，不同的操作系统之间，不同的数据库之间和不同的应用软件之间进行数据通信。
由于历史上各种CAD、CAM系统，甚至同一系统中的各功能模块在最初开发过程中的”孤岛”现象，导致可它们的机内数据表示格式不统一，使不同系统间、不同模块间的数据交换难以进行，影响了用户应用软件效益的发挥。
CAD／CAM集成关键技术探讨
CAD／CAM集成关键技术探讨
郭远锋;廖文和
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】1995(027)002
【摘要】结合开发国产化软件的实践，详细论述了开发ＣＡＤ／ＣＡＭ集成系统中的几个关键技术：包括用户界面设计、系统结构设计、数据管理、信息处理、图形支持软件、关键算法以及软件开发的工程化管理等几个方面。
从软件工程的角度出发，分析了为适应大规模ＣＡＤ／ＣＡＭ系统开发中并行作业的需要，用户界面设计、信息处理设计、图形支持软件的设计方法和原则。
为实现ＣＡＤ／ＣＡＭ集成系统的可修改性、可扩充性和可移植性，作者直接将面
【总页数】6页(P229-234)
【作者】郭远锋;廖文和
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.13
【相关文献】
1.基于CAD/CAM/CMM集成的螺旋锥齿轮数字化测量及其关键技术 [J], 潘为民;闫光荣;雷毅;李济顺
2.基于模块化的船用柴油机关键件CAD/CAPP/CAM集成研究 [J], 张辉;张胜文;赵盼;张健
3.CAD/CAPP/CAM/CAE系统集成关键技术及其实现方法 [J], 黄烨
4.基于特征相似性的船用柴油机关键件CAD／CAPP／CAM集成技术 [J], 张胜文;丁玉玲;王贵成;杨长祺;贾维
5.基于PDM平台的CAD/CAM/CAPP集成技术探讨 [J], 龚勤慧;
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CAM集成方法研究的开题报告
产品造型CAD/CAE/CAM集成方法研究的开题报告一、研究背景和意义随着科技的不断发展和信息化的普及，CAD、CAE和CAM技术在实际工程中得到了广泛应用和迅速发展，并为产品制造提供了强有力的支撑。
但是由于这三个技术并没有被完全集成，导致了产品设计和制造过程中存在一系列的问题，例如多次数据转换导致的精度损失，以及设计与制造之间的信息传递问题等。
因此，研究产品造型CAD/CAE/CAM集成方法对于推动科技的进步和提高产品设计和制造的质量具有重要的意义。
二、研究内容和方法本研究旨在研究产品造型CAD/CAE/CAM集成方法，具体研究内容包括以下几个方面：1.产品造型CAD/CAE/CAM技术现状分析2.研究产品造型CAD/CAE/CAM数据转换的现状及存在问题3.研究产品造型CAD/CAE/CAM集成系统的开发4.验证产品造型CAD/CAE/CAM集成系统的有效性和可行性本研究主要采用文献综述法和案例分析法进行研究。
首先对产品造型CAD、CAE、CAM技术的现状进行分析，并研究其数据转换的问题及存在的不足。
然后根据分析结果，提出产品造型CAD/CAE/CAM集成系统的设计方案并开发出对应的集成系统。
最后通过实例验证产品造型CAD/CAE/CAM集成系统的有效性和可行性。
三、预期研究结果1.对产品造型CAD/CAE/CAM技术现状进行详细的分析，了解技术存在的问题和不足。
2.总结产品造型CAD/CAE/CAM数据转换的现状及存在问题，提出解决方法。
3.设计并开发产品造型CAD/CAE/CAM集成系统，实现数据无缝链接。
4.通过实例验证产品造型CAD/CAE/CAM集成系统的有效性和可行性。
四、研究难点和解决方案1.数据转换存在的问题和不足：采用数据结构的变换和刻意控制数据精度的方法，使数据转换不会对数据造成任何不良影响。
2.集成系统的设计和开发：制定严格的开发计划和流程，并配合实验数据及实际使用反馈进行不同阶段的改进和优化。
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鞋楦CAD /CAM 集成系统关键技术研究＊陈建良 金涛 童水光浙江大学化工机械研究所,浙江杭州 310027摘要:根据鞋楦及鞋楦设计加工的特殊性,提出了鞋楦CAD /CAM 集成系统的开发方案,系统由鞋楦表面数字化系统、计算机辅助鞋楦设计系统、鞋楦数控程序生成系统和数控刻楦机四个子系统组成。
文章研究了各个子系统实现的关键技术,较好地指导了鞋楦CA D /CA M 系统的开发。
关键词:鞋楦;CAD ;CAM ;集成系统中图分类号:TH391.72;T H391.73 文献标识码:A 文章编号:1001-2265(2004)01-0007-03Research on key technologies of Shoe last CAD /CAM SystemCH EN Jianliang JIN Tao TONG ShuiguangA bstract :A ccording to the specialty of shoe last and its design and manufacturing process ,this paper presents a solution of shoe last CAD /CAM sy stem development .T he w hole system consists o f four subsystems :shoe last digitizing system ,shoe last CA D system ,shoe last N C prog ram generating sy stem and shoe last NC machine .T he key technologies of each subsy stem are dis -cussed .The research has w ell instructed the dev elo pment of shoe last CAD /CAM sy stem .Key words :shoe last ;CAD ;CAM ;integ ratedsystem图1 鞋楦加工方式图2 鞋楦CAD /CAM 系统集成框架1 引言鞋楦是以人体脚的形状为依据,用作设计皮鞋或其它品种鞋的模型和定型工具,目前以塑料鞋楦为主。
鞋楦的结构与造型是否准确,会直接影响到鞋的定型及穿着的舒适和美观,甚至还会影响鞋的生产。
所以鞋楦是制鞋过程中不可取代的重要模具,鞋的款式和品种的变化直接依赖于鞋楦的型体设计[1]。
我国是制鞋大国。
目前我国大多数鞋楦厂的鞋楦制造,标准鞋楦(母楦)是刻楦工按鞋楦的几个特征值或样楦,根据经验用手工反复修改制作而成。
制楦设备是刻楦机(又称靠模机),以标准楦为模型,应用仿形铣削原理,将毛坯楦加工成符合要求的楦型。
这样的设计生产方式,无疑不适应多变的市场需求和国内外激烈的市场竞争。
为此,我们提出了用先进制造技术改造传统制楦业,研究开发鞋楦CA D /CA M 系统,意在直接在计算机三维系统上进行母楦设计,并由计算机直接生成数控程序,控制专用的数控刻楦机,实现鞋楦的高效加工。
鞋楦是一个由复杂的不规则的异形曲线和曲面所组成的自由型闭合曲面体,其外形轮廓不能由初等解析曲面构成,若采用通用的多轴数控机床进行加工,加工路径规划复杂,并需设计专用的装夹工具,加工效率不高;而基于传统刻楦机原理的数控仿形加工方式,被证明是塑料鞋楦切削加工的最有效方式。
根据靠模加工原理,鞋楦的数控仿形加工采用如图1所示的方式[2],待加工的毛坯楦垂直固定在C 轴上并以C 轴为中心旋转,高速旋转的铣刀刀盘可以在X —Z 平面上作X 向和Z 向两个方向的进给运动,通过控制铣刀刀盘中心的Z 向高度及其与C 轴中心的距离,即可按照鞋楦轮廓数据完成对毛坯楦的切削加工。
鞋楦CAD /CAM 集成系统就是基于以上鞋楦的特殊加工方式展开的。
本文结合国内外鞋楦CAD /CA M 技术的研究现状,根据鞋楦设计加工的特殊性和CA D /CA M 系统的技术和功能要求,构建了鞋楦CAD /CAM 系统的集成框架,并对系统实现中的关键问题进行了研究。
2 系统集成框架系统由高度集成的四个子系统组成,包括鞋楦表面数字化系统、计算机辅助鞋楦设计系统、鞋楦数控程序生成系统和数控刻楦机,如图2所示。
鞋楦表面数字化系统针对鞋楦的特殊加工方式,测量获得鞋楦模型的表面数据。
计算机辅助鞋楦设计系统根据上面得到的鞋楦数据,进行分析、综合、处理,构造计算机的鞋楦模型,建立不同款式、不同型号的鞋楦数据库,并通过人机交互的方式,根据相关的模型优化算法,得到需要加工的鞋楦模型。
在鞋楦CAD /CAM 系统之外,计算机辅助鞋楦设计系统得到的鞋楦模型还能用作制鞋业其它应用的模型,如经过鞋楦面展平的帮样设计、鞋底设计、排料优化设计等。
72004年第1期 基金项目:浙江省重大科技计划项目(021101568)鞋楦数控程序生成系统根据鞋楦表面数字化系统得到的鞋楦表面数据或者计算机辅助鞋楦设计系统中建立的鞋楦模型生成鞋楦数控加工程序。
数控刻楦机接收鞋楦数控程序生成系统生成的数控程序对毛坯楦进行切削加工,得到最终的成品楦。
3 系统关键技术和实现方案3.1 鞋楦表面数字化系统从数控加工的角度,由于鞋楦表面是由多个复杂自由曲面组成,很难用数学方法描述和表达,测量数据就成为系统进一步应用的前提,需要实现快速、低的数据冗余度、基于集成的鞋楦数字化方法。
鞋楦表面数据的获取需要通过一定的测量装置实现。
有两种方案,一种是采用通用的坐标测量设备,如三坐标测量机和其它的非接触式测量设备[3],选择经济、满足技术要求的测量系统,选择合适的测量方法进行测量。
以三坐标测量机为例,以图1中的鞋楦上下装夹点的连线为轴线,垂直于轴线的截面为横截面线,将鞋楦离散为由横截面线构成的数字模型,选择横截面线序列作为鞋楦实物模型的测量路经,三坐标机沿截面线按一定的步长测量,得到截面线上的数据点列,这种方法可以简化后续的模型重建。
如果不考虑后续的应用需要,仅从测量的角度,可以将鞋楦划分为多个易于测量的区域,如鞋底曲面、统口长宽面、前部横向曲面等,分别测量获得这面曲面的数据,再由CAD 系统分别构造这些曲面并进行拼合光滑等操作得到整个鞋楦模型。
二是开发专用的、与数控刻楦机配套的鞋楦测量机,通过与数控刻楦机加工方式相同、加工参数相同的测量方法,即图1中的刀盘换成同样尺寸的圆盘形测头,沿着和加工过程一致的路线测量,得到刀盘中心点的全过程控制数据,从加工的角度可以简化数据处理过程,加速从样楦到成品楦的实现过程。
3.2 计算机辅助鞋楦设计系统计算机辅助鞋楦设计,分为有楦设计和无楦设计。
有楦设计是对实物样楦的反求,利用鞋楦表面数字化系统测得的样楦表面数据,在计算机内进行曲线、曲面的构造,形成鞋楦数字化模型。
在该数字化模型的基础上再进行系列操作,以形成新的鞋楦模型,为后续应用所用。
无楦设计是指用户输入鞋楦的样式、鞋号、长度、围度等主要信息后,系统自动生成鞋楦模型。
鞋楦计算机模型的建立,需要综合考虑鞋楦曲面的特点和进一步应用的需要。
鞋楦外形虽然不规则,但却有特征部位和特征尺寸,且有些为国标规定的强制尺寸[4],因此鞋楦的造型不能随意进行,鞋楦模型应能反映这些特征,并为这些特征所驱动,另一方面,后续应用如数控切削加工和帮样设计等更多关注的是鞋楦的CA D型体。
采用N U RBS曲线、曲面进行鞋楦的建模。
建模方法和前面的测量方式相关,对三坐标机测量鞋楦横截面线方式,将沿鞋楦横截面周线方向定义为U向,以u为参数,沿横截面法线方向定义为V向,以v为参数,构造出两个参数方向上的节点矢量,然后反求控制顶点,获得N U RBS曲面模型,通过修改控制顶点或节点矢量的方式修改模型。
系统应该具备找出特征部位并计算特征部位尺寸的功能,同时具备局部修改、三维扩缩、鞋楦头部和后身的拼接等功能。
系统的开发有三种方式:一是从底层做起,二是基于通用CAD系统,如UG、Pro/E等的二次开发,三是基于CAD/CAM 软件平台的开发,如ACIS,PARASOL ID等。
3.3 鞋楦数控程序生成系统图1中的刀具为三把碗状铣刀镶嵌在具有一定倾斜角度的圆盘形刀盘上,高速旋转后形成的是一个旋转包络面,加工过程中包络面和鞋楦最终表面的接触点不在同一位置,且刀具的运动路径为螺旋环切式,不能用现有通用的多坐标曲面加工刀具轨迹计算方法[5],必须进行特殊的工艺处理和刀位轨迹计算[6],生成和数控刻楦机数控系统配合的鞋楦数控程序。
鞋楦数控程序生成系统的开发有两种方式:一是根据鞋楦表面数据或CAD模型进行鞋楦数控加工工艺分析、刀具轨迹计算、数控加工仿真和后置处理等各方面的开发工作,这样做系统专业性强,但工作量相对较大;二是基于通用CAD/CAM软件的二次开发,如U G,Pro/E等。
借助CAD/CAM软件的数控程序生成功能,及在图像显示和交互操作、加工仿真等方面的优势,完成系统开发。
笔者课题组用UG/M anufacturing模块提供的变轴铣削加工(Variable Contour)NC编程法对鞋楦进行数控编程,生成的刀位数据(CLS)文件经过专门开发的后置处理器处理后最终得到了满足要求的鞋楦数控程序[7]。
3.4 数控刻楦机数控刻楦机作为鞋楦的专用加工设备,是实现鞋楦CAD/ CAM的最终输出环节。
数控刻楦机由数控装置、伺服驱动装置和机床本体三个主要模块构成,数控装置根据鞋楦数控加工程序发出指令控制伺服驱动装置驱动机床本体运动,完成对鞋楦的加工。
机械结构需要有好的动、静态刚度、高的可靠性、高的灵敏度,数控和伺服装置需要性能稳定、控制精度高、经济性好。
各模块的构成如下:(1)数控装置,包括N C单元、操作面板、机床控制面板、DI/O模块(P LC);(2)伺服驱动装置,包括C、X向进给、Z向进给的驱动装置和执行机构;(3)机床本体,包括刀具系统、X向进给系统、Z向进给系统、C轴回转系统、夹具、床身和机架、辅助装置(包括排屑装置、加工窗升降门、气动和液压装置、冷却、润滑装置、照明、防护装置)等。
采用计算机辅助设计和分析软件进行数控刻楦机的数字化设计,首先进行零部件的三维造型和装配,然后对零部件和装配件进行机构分析、动态仿真和有限元分析,根据分析的结果对结构参数进行优化,如此反复,直到获得最优的结果。
然后利用软件提供的三维转二维功能,生成二维零件图和装配图,在这基础上作进一步的修改,完成最终加工图纸,并实现数控刻楦机的制造调试。
3.5 系统集成一般CAD/CAM系统的集成包括三个方面:硬件集成、信息集成和功能集成。
对于鞋楦CAD/CAM系统,在各子系统之间功能明确且单一的前提下,子系统之间的数据交换与共享是关键问题。