冲压模具逆向设计与制造——摩托车大梁

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摘要：以摩托车大梁冲压模具为例，阐述了模具CAD/CAM逆向工程的流程和关键技术，总结了逆向工程CAD/CAM数字化和数据处理系统的方法，从而说明了该技术是CAD/CAM重要组成部分。
* [/ T4 _! n3 A' O9 N+ @$ A关键词：CAD/CAM；逆向工程；数字化；模具；摩托车大梁
1 前言
& M+ u6 L# h" b! U3 M2 Y: T随着目前摩托车行业产品开发周期的缩短，以实物模型为设计依据的逆向工程技术，作为摩托车三维设计制造系统的一个有机补充部分，在摩托车新品开发及改型中应运而生。作为一个集成的CAD/CAM逆向系统，它包括数字化系统、CAD数据处理系统和模具设计加工系统(图1，其中点划线包含部分为CAD/CAM逆向系统)。数字化技术主要是正确应用扫描工具，获取高质量的样件表面扫描点；据处理系统包括曲面重构、曲面分析；模具设计加工系统包括模具设计、模具CAM和模具的数控加工。
% z& m7 G, H4 d; [9 b: V: A5 ?2 数字化方法
$ U* Q* [; B: |产品数字化是CAD/CAM逆向工程的关键技术之一。近十年来，随着传感技术、控制技术、图像处理和计算机视觉等相关技术的发展，出现了各种各样的样件表面几何数据的数字化获取方法。逆向工程采用的测量方法主要有4类，如图2所示。
第1类是传统的接触测量方法。测头与实物表面接触，通过规定扫描方式测量数据，如三坐标测量(CMM)和数控机床加上测头的扫描设备等。其中CMM是使用最广泛的接触式测量设备，它具有精度高、重复性好等优点，缺点是速度慢、效率低、不适于柔软实物的测量。
7 U6 J, @: L: M第2类是非接触测量方法。随着计算机及光电技术的发展，以计算机图像处理为主要手段的非接触式测量技术正在迅速发展，它们利用声、光、电磁等能与物体表面发生相互作用的物理现象来获取其三维信息，其中光学方法应用最为广泛。光学方法虽然对陡壁和透光模型数据采集困难，而且价格昂贵，但测量效率非常高，采集的数据就是实际的表面坐标值，不需要三维补偿。目前，应用较多的是结构光投影测量法，它被认为是三维形状测量中最好的方法。其原理是将具有一定模式的光源，如不同间距的栅状光条投射到物体表面，通过光带间距的变化以及数码影像处理器分析，在数秒内便可得到实物像素的三维坐标，实现三维扫描高速化。大型物体可以分块扫描并拼接在一起。由于重量轻、体积小，可实现异地测量。如德国GOM公司的ATOS可以在1分钟内完成一幅包括4300()点的图像测量，精度可达0.03mm。不但可以用于尖角、凹槽、复杂轮廓及软质件的测量，而且可用于汽车、摩托车外饰件和大型模具的设计制造。
9 [# u+ ^* @! n  Q& w第3类是逐层扫描测量法。如工业CT法、核磁共振法(MRI)、自动断层扫描法等。它们解决两类存在的遮挡问题，实现了对被测物体内部结构的无损测量。不过目前能达到的测量精度还很低，一般在O.1mm的数量级，而且设备价格极其昂贵。但由于其优点突出.相信不久会得到广泛的应用。
第4类是逐层切除测量法这是一种破坏性的、与逐层累加相反的方法，采用铣削的方法将目标物体一层一层地铣开，摄取每个断层图像，不同高度的图像集合就组成了物体的三维整体轮廓。该方法的主要问题是速度较慢，而且对被测物体是破坏性的。但取得的数据精度高，在很多情况下也有应用。
以上4类方法都有各自的特点和应用范围。可以说，到现在为止，还没有一种完全适用于快速设计造型技术的快速、精确的数字化测量方法，只能根据具体情况分析选用。
3 逆向CAD/CAM数据处理系统
CAD/CAM逆向工程的另一个关键技术是对采集数据的处理和NC加工程序处理系统。作为产品开发制造的重要部分，它必须与主流三维设计系统完全集成，这样，逆向设计才能溶人整个产品开发流程中，不至于成为又一个“孤岛"。该系统主要有两种处理方式；