逆向工程和快速成型技術(shù)在農(nóng)具生產(chǎn)中的應(yīng)用
發(fā)表日期：2015年07月21日 點(diǎn)擊擊數(shù): 1088 次
隨著現(xiàn)代制造業(yè)要求生產(chǎn)過程向高度自動(dòng)化、精度化方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助工程正在制造業(yè)中的運(yùn)用也越來越重要。為此，本文分析了計(jì)算機(jī)逆向工程技術(shù)和快速成型技術(shù)如何應(yīng)用于羊毛剪刀擺桿模具的制造過程，為以后有關(guān)農(nóng)業(yè)器具的生產(chǎn)加工提供了一個(gè)新的途徑。此項(xiàng)技術(shù)不但提高了生產(chǎn)加工過程的自動(dòng)化、精度化水平，而且有效地提高了生產(chǎn)效率，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)加工周期。
引言
機(jī)器視覺技術(shù)具有非接觸、在線實(shí)時(shí)、速度快、精度合適、現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的零廢品生產(chǎn)的目標(biāo)，適應(yīng)了進(jìn)步和發(fā)展的要求，在實(shí)際中顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。
針對(duì)計(jì)算機(jī)逆向工程及其快速成型技術(shù)在羊毛剪刀擺桿模具制造中的應(yīng)用試驗(yàn)，本文采用逆向工程(Reverse Engineering)對(duì)羊毛剪刀擺桿實(shí)物進(jìn)行掃描測(cè)量。根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)通過三維建模方法重構(gòu)羊毛剪刀擺桿的三維CAD模塑。從而實(shí)現(xiàn)此產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)，然后將其文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，利用快速成形機(jī)將其構(gòu)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(shí)現(xiàn)過程
數(shù)據(jù)的采集是逆向工程的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)采集測(cè)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(cè)量時(shí)，可隨意繞被測(cè)物體進(jìn)行移動(dòng)，利用11幅不同寬度的光柵反射信息，再經(jīng)數(shù)據(jù)影像處理系統(tǒng)，計(jì)算處理得到實(shí)物表面點(diǎn)數(shù)據(jù)。
首先，對(duì)將要掃描的部件進(jìn)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(shù)據(jù)拼合在一起，應(yīng)在物體表面粘貼參考點(diǎn)(參考點(diǎn)的大小根據(jù)所選的鏡頭大小確定)，作為拼合計(jì)算的基準(zhǔn)。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(duì)三維激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，分為硬件校準(zhǔn)和軟件校準(zhǔn)。校準(zhǔn)前先進(jìn)入軟件系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件校準(zhǔn)，硬件校準(zhǔn)主要調(diào)校鏡頭的光圈、焦點(diǎn)和焦距，目的在于各個(gè)CCD攝像器處于良好的工作狀態(tài)，以獲得最佳的成像效果。軟件校準(zhǔn)是選擇合適的調(diào)試板，進(jìn)行13個(gè)不同方位的測(cè)量后，作為掃描系統(tǒng)空間關(guān)系定位的基準(zhǔn)。一般進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定，當(dāng)掃描過程中多次出現(xiàn)參考點(diǎn)的誤差大于0.1m。時(shí)可采用快速標(biāo)定。擴(kuò)展標(biāo)定用于掃描非常小的物體，最后進(jìn)行掃描。經(jīng)過三維激光掃描儀掃描后，獲得的羊毛剪刀擺桿點(diǎn)云圖。
由于光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)可以采集到復(fù)雜曲面上大量密集的原始測(cè)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是物體表面各點(diǎn)的坐標(biāo)，數(shù)據(jù)之間通常沒有相應(yīng)的顯式拓?fù)潢P(guān)系，其中還包含大量無用的數(shù)據(jù)。掃描得到的產(chǎn)品外型數(shù)據(jù)會(huì)不可避免地引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和邊界附近的測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周圍的曲面偏離原曲面。所以，要對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理。我們利用優(yōu)秀的逆向工程軟件對(duì)剪羊毛擺桿點(diǎn)云進(jìn)行必要的去掉噪音點(diǎn)、數(shù)據(jù)精簡、數(shù)據(jù)插補(bǔ)、數(shù)據(jù)平滑、點(diǎn)云的重定位整合等一系列處理，利用這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合生成所需的曲線;最后，再運(yùn)用UG Nx3直接讀取構(gòu)建好的特征曲線，保證了坐標(biāo)系的一致。對(duì)調(diào)入的曲線進(jìn)行分析，并對(duì)曲線光順處理，或?qū)η€進(jìn)行重構(gòu)和編輯。同時(shí)，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(shí)體造型設(shè)計(jì)，再由專門的計(jì)算機(jī)切片軟件切割成若干薄層平面數(shù)據(jù)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(shí)間也就越長，所以應(yīng)綜合考慮精度和效率后選取薄層厚度。
基于電火花技術(shù)的擺桿模具制造
本次試驗(yàn)應(yīng)用電鑄銅電極的方法研磨電極：電鑄是利用電化學(xué)過程中的陰極沉積現(xiàn)象來進(jìn)行零件的成刑加工，它可以精確地復(fù)制出形狀復(fù)雜的零件。采用電鑄法制造銅電極，不但可以克服紫銅機(jī)械加工成形困難的缺點(diǎn)，而巨能夠加工出形狀復(fù)雜、精度要求很高的電極，甚至能夠加工出常規(guī)機(jī)械加工方法加工不出來的小規(guī)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(fù)性問題。電鑄后的型腔表面光潔、輪廓清晰，一般不需再進(jìn)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(shí)物直接用電鑄的方法制造出電極。利用快速成型技術(shù)設(shè)計(jì)、制造出原型，再通過電鑄工藝制作出相應(yīng)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(shù)。
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(chǎn)物，這些電蝕產(chǎn)物在經(jīng)放電間隙排出的過程中，在電極和工件表面之間產(chǎn)生了額外的放電，引起間隙的擴(kuò)大，這叫做“一次放電”。在工件的上口電極進(jìn)口處一次放電的作用時(shí)間較長所受的腐蝕較嚴(yán)重，因此電火花加工所得到的型孔的側(cè)壁是傾斜的，即上口大，下口小。加工時(shí)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(jìn)行成型加工是電火花加工的特點(diǎn)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(yōu)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(diǎn)蝕原理加工出生產(chǎn)所用模具，至此整個(gè)工藝流程結(jié)束。
結(jié)束語
本文結(jié)合精鑄羊毛剪刀擺桿模具體實(shí)例，研究了逆向工程數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及三維重構(gòu)技術(shù)、電火花加工技術(shù)和沖壓模的制作過程。通過研究發(fā)現(xiàn)，逆向工程技術(shù)快速成型技術(shù)完成了常規(guī)制造技術(shù)不能完成的復(fù)雜曲面數(shù)據(jù)提取和高精度快速造型?？焖僦颇＜夹g(shù)的應(yīng)用與發(fā)展必將有力地推動(dòng)模具工業(yè)的發(fā)展，縮短農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品研究、開發(fā)和生產(chǎn)的周期。
