面产品逆向工程与模具设计中的应用.pdf

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汹国UG在自由曲面产品逆向工程与模具设计中的应用f兰二兰=二：【～——1—__郭建芬陈以蔚在产品开发过程中，许多情况下设计者面对的是实物样件。这就需要通过一定途径将这些实物转化为cAD模型，使之能利用eAD、eAM等先进技术进行处理。目前，这种从实物样件获取产品数学模型的相关技术已发展成为cAD、cAM中的一个相对独立的范畴，称为“逆向工程”。它主要是伴随着现代测量、计算机、现代制造等相芙技术发展起来的。由于逆向工程的实施能在很短的时间内准确、可靠地复制实物样件，因此逆向工程技术现已成为产品开发的主要途径。利用一些非专业的逆向没计软件(如uG、Pr0／Engineer、cATIA等)和一些专!№的逆向设计软件(如surfacer、copyCAD、Trace等)进行逆向造型是现阶段逆向工程应用的典型例子。在实际工作中，逆向工程软件不同程度地存在着某些局限性，他们对海量点云数据的处理速度较快，但在进行而拟和时所提供的工具或面的质量却不如uG、Pro／E等”1专业cAD软件，而且它们对测量设备要求较高，需利用激光扫描等手段在短时问内获取海量建模数据。笔者在实际条件的基础上，着重于构建出高质量面片用于制造加工的目的，选用点位触发式三坐标测量机获取建模数据，以uG软件作为逆向工程软件，实现对复合材料头盔曲面的重构。1．1头盔简介复合材料头盔质量轻，防弹、防碎片能力强，在军、警防弹头盔中占有十分重要的地位”。其造型如图l所示，设计头盔壁厚9mm，采用芳纶模压成型工艺制成。根据没计要求，在满足防弹性能要求的前提下，控制头盔内侧曲面尺寸与数据(见图1)，使其达到有效的防护面积和一定的质量限制。由于头盔是典型的曲面造型，从产品到模具设计采用了uG的三维自由曲面设计与模具设计技术，用三坐标测量机测量头盔样品获取建模数据。采用青岛前哨朗普测量技术有限公司生产的z003型点位触发式三坐标测量机采集数据，以Ez—DMIS软件完成数据测量。由于该测量机不具有扫描功能，放先运用它测出用于成型样品表面的各种二维曲线上的数据点，将此曲线的数据文件输入到cAD系统中，重现曲线原来的位置，以此为依据进行曲面重构。点数据的采集及其处理是三维造型的依据，在对产品特征形状进行必要分析的基础上，结合uG曲面造型的需要，选取合适的测量路径。图2为在uG中根据头盔自由曲面造型的需要而测头盔曲面的生成采用uG的自由曲面造型技术，分曲面分片、曲线光顺、曲面成型3个步骤”1。首先分析要成型的曲面，将其分为几个大的形状相对规则的曲面，利用不同的方法分别成型，形状相对规则的曲面成型时其曲面质量容易得到保证。最后生成过渡曲面，实现曲面之问的平滑过渡。1产品设计1．2数据采集得的曲线。1．3曲面重构摘要详细介绍了逆向工程在复合材料头盔设计中的具体应用，包括逆向软件的选取、测绘方法、曲面重构、曲面评价厦实体形成的具体思路，成功实现了在uG中共盎的三雏自由曲面逆向设计。在三雏实体模型的基础上，生成了模具三雏结构设计图与二维工程图，为成型加工提供了教据，并提高了设计效率。关键词uc逆向工程头盎自由由面造型模具设计60J：程靼料廊用2007年，第35卷，第8期(中圈兵{}{}上1Ik集团第五三研究所，济南25003囝1复台材料头孺造型幽2【]G中删得的曲线收稿日期；2007·05·31．
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采集的点数据形成的曲线一般是不光顺的，不能满足曲面成型的需要，需对其进行曲线光顺处理。光顺性判断准则有：二阶几何连续(指位置、切线方向与曲率矢连续．即G2连续)；不存在奇点与多余拐点，曲率变化小；应变能小。在uG中可用过点生成样条曲线的方法生成光顺曲线，用1nse∥sIudiospline方法生成的样条曲线具有较好的光顺性，且形状容易凋整。将测得的曲线光顺后成型每一片光滑的曲面。构造每一片曲面时，需要根据曲面的具次才能得出比较理想的结果。用Thmughcurms、mled、section等方法都能成型自由曲面，只要达到整个曲面的设计要求，构造出整体光滑且平缓过渡的曲面，并尽量接近原型，选用何种方法成型都是可以的。每片曲面与相邻曲面要平滑过渡，尤其是过渡曲面，与相邻曲面都要实现相成型出光顺的曲面后，下⋯步要评价成型的曲面与原曲面的逼近程度。太少的眭}【线控制成型容易使整个曲面变形；而太多的瞌线则不必要。例如成型大的头盔曲面，可用底部曲线加中间2—3条截面曲线控制生成曲面形状即可。测量时可以多测几组曲线，成型时根据需要选取最适合需要的曲线，其余的曲线可以在曲面成型完后，与成型后曲面进行对比分析，以确认成型曲面与原曲面的逼近程度。在该产品设计中，通过控制成型曲面与测量数据点距mm即可达到设计要求。用uG的分析功能Analysis／distance分折出控制点到曲而片的最短距离。若有必要，可适当