Cimatron软件在逆向工程中的应用

摘 要：介绍 Cimatron 软件在塑料模具逆向工程设计和制造中的应用。并通过塑料面罩玩具的设计实例，说明用 Cimatron 软件为塑料模具产品逆向工程提供了强有力的设计工具，充分利用 Cimatron 软件强大的点造型曲面功能，可大大缩短特别是塑料模具产品的设计周期。
关键词：逆向工程； CAD ；三坐标测量机；点造型；快速分模

模具设计一般源于由功能需求产生的概念设计，之后再进行其具体结构设计，产生完整的 CAD 数学模型，继而进行分析制造，这一过程为 CAD/CAM 正向过程，它适用于比较规则的解析外型零件的模具设计。随着工业技术的飞速发展，许多产品形状复杂，如塑壳玩具、摩托车外形部件等需要兼顾美学及工业要求，这就使得直接建立其模具 CAD 模型非常困难，从而不能用 CAD/CAM 正向工程。在先有实物或主模型时，可以通过 CAD/CAM 逆向工程来开发其模具，简而言之，由实物到产品的过程即 CAD/CAM 逆向工程，它对于缩短模具开发周期非常有效，特别是那些形状复杂的生活用品和工业用品模具。

逆向工程通常被用来执行模型的仿制、开发工作。基于原型或实物的逆向工程因其快捷的开发方式，极大地缩短了产品的开发周期，因而在设计和制造领域有着广泛的技术需求。特别是对于没有原始几何信息的零件，逆向工程是完成零件精确几何造型的重要手段，因而在模具设计和制造中成为技术热点。同时由于逆向工程能够提供原始产品的主要外形特征，进而对其几何外形进行改进，实现产品的快速改型，因此能够满足系列化、多样化的要求。传统的复制方法是用立体雕刻机或仿形铣床制作出模具，再进行批量生产。这种复制方式无法建立工件尺寸的图形文件，也无法做任何外形修改，因此已为数字化的逆向工程系统所取代。目前所称的逆向工程是针对现有工件，利用 3D 数字化测量仪器准确、快速地测量工件的表面点数据或轮廓线条，并加以创建曲面、分模、加工，制作所需模具；或由 CAD 系统生成的 SPL 模型文件传至快速成型机，将样品模型制作出来，直至达到满意效果。在许多逆向工程应用实例中，并不是要完全仿制原有的产品，而只是要掌握原有的设计理念，经过调整来建立 1 个类似的设计模型，因此逆向工程所涵盖的意义不只是重制，也包括了再设计。

在应用 Cimatron 软件进行逆向工程的主要思路是：精心制定测量规划，利用三坐标测量仪获取实物模型数据；再利用 Cimatron 软件完成散乱数据点的数据建模，得到零件的曲线模型；然后利用 Cimatron 软件将曲线生成曲面，在这些曲面的基础上进行正向设计 ( 正向设计在此不讨论 ) ，与装配协调，生成实体特征模型。这种方法保证了逆向工程的优势，又利用了 CAD 软件强大的实体和曲面建模功能，是工程设计中一种好的解决方法之一。基本流程如图 1 所示。

图 1 逆向工程流程

笔者以 Cimatron 软件在塑料面罩玩具模具逆向工程中的应用为例，介绍 Cimatron 软件逆向工程的具体实施步骤。

1 采用三坐标测量机测量数据点

塑料面罩玩具的外形由复杂的曲面组成，形状艺术化，尺寸精度相对形状要求较低，用 CAD/CAM 软件直接建模很困难。而且玩具由孩子们的爱好确定，必须制造样板，因此利用三坐标测量机测量装置来获取零件原型轮廓和表面特征的数据点。在塑料面罩玩具表明数字化中，采用 CMM 为代表的接触式测量，在保证坐标原点相同条件下测得玩具轮廓及表面特征数据点，把采集的数据点存入计算机中。根据玩具模型的需要，对所采集的三维坐标数据点进行处理，对不同的特征纹理方向面所采集到的数据点以不同颜色区别，同一截面方向的数据点采用同一颜色处理，对外形轮廓特征的数据点以同一颜色，将采集到的坏点或不符合模具特征的点进行删除。将处理好的三维数据点以 IGES 格式存档，图 2 所示。

图 2 塑面罩玩具三维数据点

2 对三维点进行点造型建模

将三坐标测得的数据点 IGES 格式在 Cimatron 软件 mainmenu 菜单中的 DI 窗口进行数据转换为 Cimatron 软件直接打开的文件格式 PFM ，然后进入 Cimatron 软件 CAD 造型环境中，将数据点文件打开，对图 2 所示的数据点进行编辑，对不同颜色的数据点放在不同的工作层 LEVELS ，以便于编辑造型，然后先将外形轮廓特征的点层打开，用 PICK 抓点模式做 3D 曲线，再分别打开其他层的数据点，依依用 SPLINE 做横、纵方向的 2D 曲线，用 MESH 网格面功能将所做的曲线构成曲面，图 3 所示。最后分别用 RULED 、 MESH 、 TRMSRF 功能做眼睛、嘴巴、眉毛、头发曲面。经过光顺处理后得到图 4 所示的塑盒玩具模型。

图 3 塑面罩玩具点造型

图 4 塑面罩玩具模型

3 快速分模

将图 4 所示的数字产品模型用 Cimatron 软件快速分模 QUICK ＿ SPLIT 功能进行型芯、型腔的设计。经分模后的图形退出快速分模软件进入曲面 CAD 环境时自动产生分模线，根据已有的分模线快速生成分模曲面，该方法可以非常灵活地处理模型的曲面信息，并可对计算精度进行细调，最后经编辑、整理形成最终设计结果，进行 NC 加工即可得到理想的上、下模。如图 5 所示。

图 5 塑面罩玩具上下模型

4 结束语

逆向工程一般是通过三坐标测量机或激光扫描机等数据采集设备获取复杂零件的三维数据点，进而利用反求软件对数据点处理，实现由点 ? 线 ? 面的 CAD 三维模型设计。由此可见，逆向工程主要包含 2 项内容， ① 实物模型表面数据点的获取，即数字化技术， ② 曲面造型技术。逆向工程技术与 NC 加工技术或 RP 技术相结合，能使模具产品开发、研制周期大大缩短，为新产品进入市场创造先机，为企业带来巨大经济效益， Cimatron 软件为逆向工程提供了强有力的设计工具，充分利用 Cimatron 软件强大的点造型曲面功能和刀路编程功能，可大大缩短特别是塑料模具产品的设计周期，在浙江台州、广东、山东等地区深受模具制造业的重视。 #p#分页标题#e#