基于逆向工程的塑料模具数字化设计与制造的应用研究

苏玉珍1朱庆华2刘爽3任立军1侯巧红1王涛1杨锋1顾豪1

(1.河北机电职业技术学院，河北邢台054048；2.中国中钢集团公司邢台机械轧辊有限公司，河北邢台

054000；3.邢台钢铁有限责任公司，河北邢台054000)

【摘要】本文分析了基于逆向工程的塑料模具数字化设计与制造的研究现状与发展趋势，研究一种基于逆向工程技术的塑料产品模具数字化设计与制造流程，提出了模具逆向设计系统的架构，分析其在模具设计中的应用技术，研究基于UG开发的模具3D设计与NC加工流程，对数据采集，曲面重构等关键问题做详细分析。

【关键词】逆向工程；塑料模具；数字化；技术路线

0前言

现代消费者不但对产品的设计质量，功能而且对造型美感，个性化提出了越来越高的要求，同时消费者“喜新厌旧”的速度之快，使得传统的产品设计满足不了现状，加之产品成型所需的模具，其设计与加工也受到了时间的限制。逆向工程是实现模具制品快速再设计的重要途径；但是逆向工程也绝非仅仅是对已有产品的简单复制，产品设计的快速性和局部创新性才是其可持续发展的灵魂。基于逆向工程产品局部创新设计需要考虑产品的可成型性、实用性能以及尊重知识劳动等因素。

1研究意义

模具数字化制造技术主要实施项目之一是开展逆向工程与快速成型技术研究，其技术路线是实现产品信息获取数字化，优化快速成型方法，总结一套快速成型产品结果分析的标准。通过以上研究，实现对实物产品进行工程分析及再创新，满足实物产品小批量生产或新产品试制要求。

本课题旨在为模具数字化制造技术领域开展应用技术研发与推广，将先进的技术成果转化为生产力，为装备制造企业的结构调整优化升级服务。同时也满足我院模具设计与制造专业学生的人才培养与产业需求相适应的需要。人才是装备制造业优化升级的前提，根据本课题研究过程中掌握的知识和技术信息，研究产业发展所需的职业教育方向，服务模具设计与制造专业的教学实践，使人才培养更好的适应产业发展需要，提高人才培养质量。

也达不到原产品水平，只是一种“形状制造”，谈不上“精度制造”。随着我国经济的稳步发展以及加入WTO，企业面临空前激烈的国内、国外市场竞争，这就要求产品的开发周期要越来越短，更新换代速度要越来越快。因此，逆向工程技术的研究与应用引起我国政府、企业、高校的高度重视。2.2发展趋势

目前，模具的设计与制造与逆向工程技术结合的非常紧密，这正是模具设计与制造技术的发展方向。2.2.1逆向工程技术

在市场竞争更加激烈、产品技术含量不断提高、制造周期不断缩短的今天，逆向工程技术已越来越受到人们的重视。

2.2.2面向模具企业的CAD/CAE/CAM技术的系统集成方案

随着模具工业的科技进步和国际竞争的日益激烈，模具业对CAD/CAM系统的要求也从单纯的建模工具变为要求支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。

制造商要求通过减少物理样机，提高产品质量来降低成本并加速产品上市，这种需求在模具制造业中尤为突出。因此在设计过程中加强前期的分析仿真，将有助于缩减对物理样机的需求量，并提高数字化设计的灵活性。有助于用户不断开发新产品，同时降低成本，缩短将产品推向市场的时间。因此，在模具CAD/CAM技术中集成数字化分析技术，获得完善的CAD/CAE/CAM解决方案，是目前的一个重要发展方向。

3项目主要实施内容、技术路线、技术关键及创新点

2

2.1

国内外现状及发展趋势

国内外现状

逆向工程是近年来发展起来的消化、吸收和提高先进制造技术的一系列分析方法和应用技术的组合，其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。世界各国在经济技术发展中，应用逆向工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计，各国70％以上的技术源于国外逆向工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短40％以上，极大提高了生产率。因此，研究逆向工程技术对各国国民经济的发展和科学技术水平的提高具有重大的意义。下面，将逆向工程技术在国内外发展的状况作一个概要介绍。2.1.1国外概况

逆向工程与快速成形技术具有广泛的应用领域和应用价值。国外早在20世纪60年代就起步，世界上主要先进工业国家的政府部门、企业、研究机构纷纷投入巨资对逆向工程与快速成形技术进行研究开发和推广应用，现在技术已发展得相当成熟。目前，逆向工程与快速成形技术己经广泛应用于机械、汽车、船舶、航空航天、家用电器、工业设计、轻工、建筑、医疗、儿童玩具以及工艺品制作等领域。

但多数大学在反求方面的研究还是主要集中在具体反求实物的事例上，如麻省理工学院为客户做过一套家用电炒锅的反求设计；美国Rayton大学研究人员根据肾脏的TC数据，进行反求处理，在自己研制的一种专门用于人体软组织器官模型建造的桌面成型系统上制成RP实体模型。2.1.2国内概况

逆向工程技术在我国的起步较晚，理论还不够完善，反求的产品

3.1主要实施内容：

3.1.1实物数据的测量采集

利用三坐标测量机对产品曲面进行数字化测量，首先要对产品曲面的特征进行分析，需对面片进行划分和测量路径规划，提高测量效率和数据的有效性，达到在有限的曲面信息上构造出高质量曲面的结果。由三坐标测量机采集到的数据，是由许许多多个点组成的点云，形成零件的点云图，点云数据用ige格式输出到三维CAD软件(本项目采用目前最多使用的UG软件)或专业点云处理软件(如Surface、Geomagic等)，通过数据处理工作最终可以求得产品的曲面。产品逆向设计技术在目前新产品研究开发中是一项先进实用的设计技术。3.1.2数据处理

由于测量误差等因素的存在，采集获得的数据往往存在一定的缺陷，因此需要对点云数据进行一些必要的处理。处理工作包括:

1）剔除冗余数据；

2）消除存在的误测或者波动数据；3）消除测头半径影响；4）数据平滑处理；

5）特征提取和数据分割处理；6）多视图拼合。

3.1.3曲面及CAD模型的重构

利用UG软件,针对处理完成的点云数据,通过创建曲面、曲面编辑得到完整曲面,并进行布尔运算,实物原型的三维重构是指在获得较为完整的三维数据以后，通过反求工程UG软件将采样数据以三维图形的方式显示出来，得到简略的产品结构外形建模技术。不同于普通的三维实体建模技术，逆向工程中的三维模型重建主（下转第88页）

※基金项目：此文为邢台市科学技术研究与发展计划项目研究成果，项目编号2012ZC150。

作者简介：苏玉珍(1979—)，女，河北邢台人，河北机电职业技术学院模具研发中心成员，讲师，硕士，主要研究方向为模具设计与制造。

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