逆向工程技术在模具数控加工中应用

浅析逆向工程技术在模具数控加工中的应用
摘要：随着计算机技术和电子业的发展，制造业在上世纪九十年代强势复苏。

现在，市场全球化让制造业的竞争异常激烈，谁能研发新产，谁就能占领市场的制高点。

随着技术的不断进步，各种高新技术被不断运用到制造业，加剧了市场竞争。

本文将介绍逆向工程技术在模具加工中的应用，对数字化扫描和产品建模等技术做一下简单介绍。

关键词：逆向工程?模具加工?数控技术?数字化扫描?产品建模
中图分类号：tg76 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2012）09（c）-0136-02
自20世纪80年代走出低谷以后，制造业一直是各主要经济体的支柱产业。

改革开放以来我国的制造业突飞猛进，很快成为我国的支柱产业。

但是我国的制造业面临着技术落后、产品无更新的囧景。

进入新世纪，随着各大企业积极引进技术，我国制造业的水平明显提升，中国制造得到了全世界的认可。

逆向工程技术是目前制造业比较前沿的技术，它被广泛应用于汽车、电子、医疗、家电等领域，市场前景极为广阔，在成品更新和设计思想新思维方面具有得天独厚的优势。

本文将介绍逆向工程技术在模具数控加工中的应用，主要介绍逆向工程的原理、应用概况和数字化扫描、产品建模等技术。

1 逆向工程的应用概况
逆向工程是目前比较前沿的技术，它的应用和领域非常广泛，比如汽车、电子、医疗等等，从实际效益上看也是相当的好。

逆向工
程的应用大体上可分为以下几种情况。

首先，逆向工程被运用于一些贵重艺术品和元件的修复或复制品制造，这也是它最初被使用的领域。

修复中不需要对整个实物进行修复，而是利用逆向工程技术提取出原始元件的设计思维，利用这种思想指导复制或修复工程。

简单说，就是由实物逆向推出设计思想的一个过程，推理处的设计思想将被用于其它产品，这也是设计思想的一种更新方式。

另一种是产品设计，当设计人员遇到没有图纸或设计图纸不完整，也没有cad模型时，可以对零件进行实际测量，以此来形成设计图纸和cad 模型，并最终生成数控加工的nc代码，这样就复制出一个零件来。

逆向工程一般是运用在这种没有设计的源文件，需要通过实际测量来定型制作模型的场合。

这时通常零件都具有复杂的外观，比如一些复杂的曲面，棱角等等，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。

另外，一些对美学设计要求高的领域也会采用逆向工程技术，主要是因为在电脑上的缩略图不能真实的反映出设计效果，而制作出的模型却可以给人以真实的感觉，比如汽车的外观设计等。

2 逆向工程技术的原理
逆向工程的产品设计人员没有产品的数据资料和图纸，有的仅仅是实物模型，这也是逆向工程区别于其他设计的最大特点。

通常的产品设计方式都是由设计人员在计算机中建立产品的视图或者模型，在计算机中绘制图。

逆向工程不会有这样的步骤，即便是逆向工程也需要在计算机上形成模型，它们的文件是完全不同的。

逆向
工程的设计流程与传统的设计流程完全不同，甚至截然相反。

逆向工程中，产品是按照实物模型来设计的，设计所需要的几何数据，几何特征以及技术要素都需要从实物中提取出来，进而进行再生产。

这区别于向传统的设计制造，按照零件最终所要承担的功能以及各方面的影响因素，进行从无到有的设计，逆向工程更像是一个“从有到有”的过程。

从设计之初的概念提出，到最后生成cad模型，传统设计的每一步都有明确的目标，而且是一个清晰的过程。

然而，逆向工程是通过实物寻找数据和设计思路的，更像是一个推理过程，逐渐逼近的过程。

逆向工程中，首先完成的就是实物的数字化，一般是采用三坐标测量机或激光扫描等较为先进的测量装置，准确获取实物表面点的三维坐标，然后就可以利用cad/cam系统进行三维模型的绘制，设计出客户满意的模型，最后生成数控加工所需要的代码。

当然也可以生成零件的图纸，然后机械加工。

或者是生成stl文件，采用快速原型机加工。

图1是逆向工程设计的原理图。

3 模具加工中逆向工程技术的应用
逆向工程设计的领域很多，被很多大型的设计所使用，但是，模具加工还是一种低成本的逆向工程。

经过精密仪器的扫描，把实物扫描到计算机上，生成模型，进行简单修改后生成数控加工所需要的nc程序，配合加工中心通讯，快速地制造出简易模具。

图2是逆向工程工艺流程图。

利用逆向工程技术实现模具数控加工的主要步骤有样品进行数
字化扫描，获取实物数字信息，然后产品建模，并进行模拟仿真，下一步是后置处理和nc程序的生成，最后就是数控加工。

首先对产品进行数字化扫描，完成构造三维模型，并进行仿真，之后即可进行工艺参数的设置（快速行刀面、刀具选择、切削量、主轴转速等众多参数的设置），然后系统会自动生成铣削定位nci文件，再进行后置处理生成数控机床可以执行的数控程序，之后要进行模拟仿真，并且与客户进行沟通，确保无误后就可以进行数控加工，这就是大致的工艺流程。

在整个流程中，数字化扫描和产品建模是最为关键的部分，他们分别肩负着第一手数据资料的采集和产品的最终形成，这两个过程要十分谨慎，否则制作的产品可能会有大的出入。

3.1 数字化扫描技术
所谓扫描就是采用模拟式或者是非接触的激光扫描侧头沿着模型的表面连续扫描。

采集模型表面的坐标值，通常每秒钟可以采集十致上千点数据，然后把采集的数据存入计算机。

这是整个工艺流程最初的阶段，也是最为关键的步骤之一，它负责第一手资料的采集，数据采集的准确性和数据采集的量决定了最终产品的精细程度。

逆向工程是一个推理的过程，一旦数据出现误差较大，设计人员就很难进行推理，推理出现错误自然就不会制作出产品。

随着科技的不断发展，传感器技术越来越成熟，结合数控技术和制造技术的进步，市场上出现了很多数字化的扫描仪器，甚至是扫描系统。

这些为数据采集的精确度打下了好的基础，这也是逆向工程得以广
泛实用的基础。

一般的，三维表面数字化技术可分为接触式和非接触式两大类。

接触和非接触的区别主要是扫描头的工作方式，更准确的说是传感器的工作条件所决定。

数字化扫描阶段一定要谨慎，采集时不能急于求成，可以进行多次采集，对比选择最好的。

3.2 产品建模技术
在进行完数字化扫描以后，我们得到的是一系列的空间离散点，实物模型最初的cad模型就要靠这些离散点来完成，利用计算机辅助几何设计的相关技术，我们可以构造出零件的cad模型，这就是产品的建模。

因为成品最终是依靠cad模型生产的，所以这一阶段完成了零件初步的模型设计。

在cad模型设计中，一般含有自由曲面的复杂型面，这时仅仅利用一张曲面来拟合所有数据点的办法是不可行，这种操作过于简单，不会生成我们想要的结果。

一般的做法是，首先根据原形的特征，将测量的数据点分割成不同的区域，每一个区域拟合出一个曲面，通常这些曲面都是不同的，然后利用曲面求交和曲面过渡的方法将不同的曲面连接起来，形成一个完整的体。

将所测得的三维数据有效地分割和拟合是产品建模的关键技术，这也是考验设计人员的地方。

产品建模是实物模型建立的最初步骤，它的完成除了需要设计人员的经验技巧外，所使用的软件也是相当关键，好的软件可以为设计人员节省大量时间，减小工作量。

目前在我国，有关逆向工程的研究与开发工作也在不少单位内展开，如浙江大学、华中理工大学、西安交通大学、西北工业大学等。

并取得一定的成果，如浙江大学推出了re-soft软件系统。

计算机
辅助设计软件产生的模型文件输出格式有多种，其中常见的有iges、hpgl、step、dxf和stl等。

在国际市场上，出现了多个与逆向工程相关的软件系统，如美国ptc公pro/engineer，美国autodesk公司的autocad，美国sdrc公司的l—deas，以及美国solidworks的solidworks，美国eds公司的unigkaphics，法国dassault公司的catia等。

3.3 数控加工主义的问题
首先，数控机床工序趋向集中，所需机床数量和零件的装夹次数减少，加工效率就高，但工序过于集中，程序过长，出错率高，并给检索带来困难等。

所以应根据零件加工内容的多少及本厂数控加工设备的具体情况灵活决定工序的集中与分散程度。

其次，遵循先粗后精工艺原则，对加工刚度较小的零件，粗加工后可能发生变形，需要校形或者消除残余应力并在精加工中修正误差。

最后，为消除重复定位误差的影响，提高孔系的同轴度，对于同轴度要求很高的孔系，通过连续换刀来完成该同轴孔系孔的全部加工。

然后再加工其它坐标位置的孔。

4 结语
制造业已经成为我国的支柱产业，近几年中国制造走俏国际市场，这得益于我国制造业的水平的不断提高。

逆向工程技术是目前比较前沿的制造业技术，对这种技术的掌握和发展关系到我们抢占制造业份额。

模具制作在逆向工程中只是一个小的应用，但它极大改善了模具的质量。

本文我们简单介绍逆向工程技术的应用概况以
及它的原理，重点分析了逆向应用技术的工艺流程，尤其是数字化扫描和产品建模技术，最后给出了数控加工应该注意的几点地方，希望能对同行有所帮助。

参考文献
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