逆向工程和快速成型技术在农具生产中的应用
发表日期：2015年07月21日 点击击数: 1070 次
随着现代制造业要求生产过程向高度自动化、精度化方向发展，计算机辅助工程正在制造业中的运用也越来越重要。为此，本文分析了计算机逆向工程技术和快速成型技术如何应用于羊毛剪刀摆杆模具的制造过程，为以后有关农业器具的生产加工提供了一个新的途径。此项技术不但提高了生产加工过程的自动化、精度化水平，而且有效地提高了生产效率，缩短了产品生产加工周期。
引言
机器视觉技术具有非接触、在线实时、速度快、精度合适、现场抗干扰能力强等优点。能够实现机械产品的零废品生产的目标，适应了进步和发展的要求，在实际中显示出了广阔的应用前景。
针对计算机逆向工程及其快速成型技术在羊毛剪刀摆杆模具制造中的应用试验，本文采用逆向工程(Reverse Engineering)对羊毛剪刀摆杆实物进行扫描测量。根据测量的数据通过三维建模方法重构羊毛剪刀摆杆的三维CAD模塑。从而实现此产品的数字化设计，然后将其文件格式进行转换，利用快速成形机将其构造成型，并把成型件作为电脉冲的电极，从而方便地加工出羊毛剪刀的摆杆模具。
羊毛剪刀摆杆逆向工程的实现过程
数据的采集是逆向工程的关键，数据采集测量精度为0.1mm/0.5m，扫描原理为光栅原理及CPS定位原理。三维激光扫描仪在测量时，可随意绕被测物体进行移动，利用11幅不同宽度的光栅反射信息，再经数据影像处理系统，计算处理得到实物表面点数据。
首先，对将要扫描的部件进行表面处理，将物体表面擦拭干净，以免引起扫描误差。为了将多次不同方位扫描数据拼合在一起，应在物体表面粘贴参考点(参考点的大小根据所选的镜头大小确定)，作为拼合计算的基准。为了防止反光和增加物体表面的成像性，须在其外表面均匀地喷洒乳白色显像剂。其次对三维激光扫描系统进行校准，分为硬件校准和软件校准。校准前先进入软件系统，进行系统的硬件校准，硬件校准主要调校镜头的光圈、焦点和焦距，目的在于各个CCD摄像器处于良好的工作状态，以获得最佳的成像效果。软件校准是选择合适的调试板，进行13个不同方位的测量后，作为扫描系统空间关系定位的基准。一般进行标准标定，当扫描过程中多次出现参考点的误差大于0.1m。时可采用快速标定。扩展标定用于扫描非常小的物体，最后进行扫描。经过三维激光扫描仪扫描后，获得的羊毛剪刀摆杆点云图。
由于光学测量系统可以采集到复杂曲面上大量密集的原始测量数据，这些数据是物体表面各点的坐标，数据之间通常没有相应的显式拓扑关系，其中还包含大量无用的数据。扫描得到的产品外型数据会不可避免地引入数据误差，尤其是尖锐边和边界附近的测量数据。测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面偏离原曲面。所以，要对原始点云数据应进行预处理。我们利用优秀的逆向工程软件对剪羊毛摆杆点云进行必要的去掉噪音点、数据精简、数据插补、数据平滑、点云的重定位整合等一系列处理，利用这些点云数据拟合生成所需的曲线;最后，再运用UG Nx3直接读取构建好的特征曲线，保证了坐标系的一致。对调入的曲线进行分析，并对曲线光顺处理，或对曲线进行重构和编辑。同时，使用UG NX3的特征造型和曲面造型功能，最终完成物体三维造型。
三维实体造型设计，再由专门的计算机切片软件切割成若干薄层平面数据模型。显然薄层的厚度越小，模型的制作精度越高，但制作的时间也就越长，所以应综合考虑精度和效率后选取薄层厚度。
基于电火花技术的摆杆模具制造
本次试验应用电铸铜电极的方法研磨电极：电铸是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行零件的成刑加工，它可以精确地复制出形状复杂的零件。采用电铸法制造铜电极，不但可以克服紫铜机械加工成形困难的缺点，而巨能够加工出形状复杂、精度要求很高的电极，甚至能够加工出常规机械加工方法加工不出来的小规则形状。电铸用于电火花加工能够基本上解决加工过程中的不一致性、重复性问题。电铸后的型腔表面光洁、轮廓清晰，一般不需再进行光整加工。电铸铜电极纯度极高，有利于电火花加工。此外，在许多情况下，还可以通过实物直接用电铸的方法制造出电极。利用快速成型技术设计、制造出原型，再通过电铸工艺制作出相应的铜电极就形成了基于RP的EDM电铸铜电极。它既可以解决精密模具的制造精度问题，又可以解决模具制造周期长、成本高的问题，是一种新型的快速模具制造技术。
精铸剪羊毛摆杆阴阳模
电火花加工的工艺因素：斜度和电极损耗。所谓的斜度就是在电火花加工过程中，由于电蚀作用，工件不断被蚀除，电极也有少量的损耗，因此在放电的间隙中存在着电蚀产物，这些电蚀产物在经放电间隙排出的过程中，在电极和工件表面之间产生了额外的放电，引起间隙的扩大，这叫做“一次放电”。在工件的上口电极进口处一次放电的作用时间较长所受的腐蚀较严重，因此电火花加工所得到的型孔的侧壁是倾斜的，即上口大，下口小。加工时将凹模刃口朝下倒放，利用电火花加工的斜度作为凹模刃口的斜度。而电极损耗就是考虑到虽然精确的进行成型加工是电火花加工的特点之一，但因电极的损耗影响了加工精度，使电火花加工不能充分地显示其优越性，目前从电脉冲电源和加工工艺等方面考虑尽量减少加工误差。利用电火花点蚀原理加工出生产所用模具，至此整个工艺流程结束。
结束语
本文结合精铸羊毛剪刀摆杆模具体实例，研究了逆向工程数据采集、数据处理及三维重构技术、电火花加工技术和冲压模的制作过程。通过研究发现，逆向工程技术快速成型技术完成了常规制造技术不能完成的复杂曲面数据提取和高精度快速造型。快速制模技术的应用与发展必将有力地推动模具工业的发展，缩短农业机械产品研究、开发和生产的周期。
