逆向工程和快速成型技術在農具生產中的應用
發表日期：2015年07月21日 點擊擊數: 1119 次
隨著現代制造業要求生產過程向高度自動化、精度化方向發展，計算機輔助工程正在制造業中的運用也越來越重要。為此，本文分析了計算機逆向工程技術和快速成型技術如何應用于羊毛剪刀擺桿模具的制造過程，為以后有關農業器具的生產加工提供了一個新的途徑。此項技術不但提高了生產加工過程的自動化、精度化水平，而且有效地提高了生產效率，縮短了產品生產加工周期。
引言
機器視覺技術具有非接觸、在線實時、速度快、精度合適、現場抗干擾能力強等優點。能夠實現機械產品的零廢品生產的目標，適應了進步和發展的要求，在實際中顯示出了廣闊的應用前景。
針對計算機逆向工程及其快速成型技術在羊毛剪刀擺桿模具制造中的應用試驗，本文采用逆向工程(Reverse Engineering)對羊毛剪刀擺桿實物進行掃描測量。根據測量的數據通過三維建模方法重構羊毛剪刀擺桿的三維CAD模塑。從而實現此產品的數字化設計，然后將其文件格式進行轉換，利用快速成形機將其構造成型，并把成型件作為電脈沖的電極，從而方便地加工出羊毛剪刀的擺桿模具。
羊毛剪刀擺桿逆向工程的實現過程
數據的采集是逆向工程的關鍵，數據采集測量精度為0.1mm/0.5m，掃描原理為光柵原理及CPS定位原理。三維激光掃描儀在測量時，可隨意繞被測物體進行移動，利用11幅不同寬度的光柵反射信息，再經數據影像處理系統，計算處理得到實物表面點數據。
首先，對將要掃描的部件進行表面處理，將物體表面擦拭干凈，以免引起掃描誤差。為了將多次不同方位掃描數據拼合在一起，應在物體表面粘貼參考點(參考點的大小根據所選的鏡頭大小確定)，作為拼合計算的基準。為了防止反光和增加物體表面的成像性，須在其外表面均勻地噴灑乳白色顯像劑。其次對三維激光掃描系統進行校準，分為硬件校準和軟件校準。校準前先進入軟件系統，進行系統的硬件校準，硬件校準主要調校鏡頭的光圈、焦點和焦距，目的在于各個CCD攝像器處于良好的工作狀態，以獲得最佳的成像效果。軟件校準是選擇合適的調試板，進行13個不同方位的測量后，作為掃描系統空間關系定位的基準。一般進行標準標定，當掃描過程中多次出現參考點的誤差大于0.1m。時可采用快速標定。擴展標定用于掃描非常小的物體，最后進行掃描。經過三維激光掃描儀掃描后，獲得的羊毛剪刀擺桿點云圖。
由于光學測量系統可以采集到復雜曲面上大量密集的原始測量數據，這些數據是物體表面各點的坐標，數據之間通常沒有相應的顯式拓撲關系，其中還包含大量無用的數據。掃描得到的產品外型數據會不可避免地引入數據誤差，尤其是尖銳邊和邊界附近的測量數據。測量數據中的壞點，可能使該點及其周圍的曲面偏離原曲面。所以，要對原始點云數據應進行預處理。我們利用優秀的逆向工程軟件對剪羊毛擺桿點云進行必要的去掉噪音點、數據精簡、數據插補、數據平滑、點云的重定位整合等一系列處理，利用這些點云數據擬合生成所需的曲線;最后，再運用UG Nx3直接讀取構建好的特征曲線，保證了坐標系的一致。對調入的曲線進行分析，并對曲線光順處理，或對曲線進行重構和編輯。同時，使用UG NX3的特征造型和曲面造型功能，最終完成物體三維造型。
三維實體造型設計，再由專門的計算機切片軟件切割成若干薄層平面數據模型。顯然薄層的厚度越小，模型的制作精度越高，但制作的時間也就越長，所以應綜合考慮精度和效率后選取薄層厚度。
基于電火花技術的擺桿模具制造
本次試驗應用電鑄銅電極的方法研磨電極：電鑄是利用電化學過程中的陰極沉積現象來進行零件的成刑加工，它可以精確地復制出形狀復雜的零件。采用電鑄法制造銅電極，不但可以克服紫銅機械加工成形困難的缺點，而巨能夠加工出形狀復雜、精度要求很高的電極，甚至能夠加工出常規機械加工方法加工不出來的小規則形狀。電鑄用于電火花加工能夠基本上解決加工過程中的不一致性、重復性問題。電鑄后的型腔表面光潔、輪廓清晰，一般不需再進行光整加工。電鑄銅電極純度極高，有利于電火花加工。此外，在許多情況下，還可以通過實物直接用電鑄的方法制造出電極。利用快速成型技術設計、制造出原型，再通過電鑄工藝制作出相應的銅電極就形成了基于RP的EDM電鑄銅電極。它既可以解決精密模具的制造精度問題，又可以解決模具制造周期長、成本高的問題，是一種新型的快速模具制造技術。
精鑄剪羊毛擺桿陰陽模
電火花加工的工藝因素：斜度和電極損耗。所謂的斜度就是在電火花加工過程中，由于電蝕作用，工件不斷被蝕除，電極也有少量的損耗，因此在放電的間隙中存在著電蝕產物，這些電蝕產物在經放電間隙排出的過程中，在電極和工件表面之間產生了額外的放電，引起間隙的擴大，這叫做“一次放電”。在工件的上口電極進口處一次放電的作用時間較長所受的腐蝕較嚴重，因此電火花加工所得到的型孔的側壁是傾斜的，即上口大，下口小。加工時將凹模刃口朝下倒放，利用電火花加工的斜度作為凹模刃口的斜度。而電極損耗就是考慮到雖然精確的進行成型加工是電火花加工的特點之一，但因電極的損耗影響了加工精度，使電火花加工不能充分地顯示其優越性，目前從電脈沖電源和加工工藝等方面考慮盡量減少加工誤差。利用電火花點蝕原理加工出生產所用模具，至此整個工藝流程結束。
結束語
本文結合精鑄羊毛剪刀擺桿模具體實例，研究了逆向工程數據采集、數據處理及三維重構技術、電火花加工技術和沖壓模的制作過程。通過研究發現，逆向工程技術快速成型技術完成了常規制造技術不能完成的復雜曲面數據提取和高精度快速造型?？焖僦颇＜夹g的應用與發展必將有力地推動模具工業的發展，縮短農業機械產品研究、開發和生產的周期。
