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1、逆向工程在模具维修中的应用东风（十堰）车身部件有限责任公司 杨志猛摘要：本文通过具体实例阐述了逆向工程在模具维修中的应用，重点介绍了从点云数据的采集、曲面模型构建、UG实体生成、数控加工及模具调试的全过程。关键词：模具部件; 逆向工程; 数控加工; 模具调试Abstract: The application of reversing engineering in the mould maitaining was illustrated through the concrete examples ,and the overall process of the conllecting point
2、cloud data , constructing curve models , generating the UG entities,numerical controlling machining,mould debugging was introduced on emphases. Keyword: mould components; reversing engineering; numerical controlling machining; mould debugging1 引言我公司的老产品占有相当比重，许多模具图纸都存在着与实际模具不符的现象，而有的模具根本就没有图纸，这给模具部件
3、更换及日常维修工作带来相当大的困难。本文将通过零件边板-踏板支架拉延模压边圈的更换，阐述逆向工程在模具维修中的应用，重点介绍从点云数据的采集、曲面模型构建、UG实体生成、数控加工及模具调试的全过程。逆向工程在模具维修中的应用,可以说是我公司模具维修技术上的一个突破，它丰富了我公司模具维修技能，大大缩短了模具维修周期，提高了模具维修质量。2 产品及相关模具简介2.1产品简介边板-踏板支架（制件号：53N-01511-B）是我公司老产品中的主打产品，月均产量在5000辆份以上，具有制件复杂，工序长等特点，这给模具的保障能力提出了更高的要求。图一为冲压件成品图，它经过以下几道工序冲压完成：20P预拉
4、延 30P拉延 40P修边冲孔 50P翻边成形 60P冲孔 70P正冲侧冲孔 80P切舌 90P翻口 图一由于模具经过十多年的大批量生产，模具的状态已不容乐观，部分模具已可以报废。本文中涉及到的制件边板-踏板支架30P拉延序模具40C-5795在一次生产中出现重大故障(见图二)，其压边圈出现断裂失效，造成了生产的停顿。凹模凸模断裂后的压边圈断裂碎片压边圈 图二 3.2模具简介模具的主要参数如下：（根据现场测绘得出）此模具为1988年设计制造，距今已有22年之久，模具图纸残缺不全，大部分已经遗失，现有的图纸看不清楚，同时数据也不全，故老图纸基本没有参考价值。（1） 模具轮廓尺寸：650mm*11
5、00mm*680mm（2） 模具闭合高度：680mm（3） 使用气压：4.5MPa（4） 托干布局图如下：（托干规格：28*420，行程：40mm） 如图二左示：模具40C-5795主要有凸模、凹模、压边圈及模架组成，模具制造时是依据靠模进行仿形铣，而靠模是根据制件图手工加工成型的，其精度较低，而且要根据实际的成型情况进行修正，因此实物与图纸存在着较大的差异，即实物与图纸不符。鉴于以上情况，我们只能将图纸作为参照，而以实物为基准更换压边圈。图2.1示工序制件图与实物工序件存在差异，故应以实物为基准更换压边圈。压边圈断裂成三块使模具无法正常工作，临时措施可以烧焊应付生产，但制件的质量和模具的稳定
6、性及安全性将受到很大影响，因此彻底的措施是要对压边圈进行更换。通过逆向工程反求得出压边圈的加工数模，维修后的预计效果如下图2.2： 图2.2 压边圈CAD实体模型3 利用逆向工程对压边圈进行更换3.1逆向工程简介将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，称为“逆向工程”。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，因此逆向工程成为当前制造技术的热点之一。数控加工CAE/CAM系统CAD模型重建数据处理数据采集实物分析逆向工程的设计流程如图三示： 图三3.2实物的全面分析我们通过对损坏压边圈的分析知道，通过对30P工序件三坐标扫描（简单曲面可以
7、打点）并处理后可以得到工序件的数模，而压边圈和凸模组成的型面就是工序件数模的内表面，即工序件数模外表面的一个料厚偏置面。因此，我们只需得到压边圈所对应的点云图（不需要对整个工序件的点云进行处理，只需对压边圈所对应的数据处理即可，以缩短处理周期），就可以通过UG的处理得到压边圈的加工数模。通过工序件实现对压边圈的逆向。3.3工序件数据采集数据采集所用到的测量设备和方法多种多样，其原理也各不裰同。我们采用测量的设备是意大利C00RD3公司的三坐标测量仪，可以用来测量特征的空间坐标及轮廓线，此设备获得的点数据可以转化为iges文件格式通过UG软件进行处理，而且比较方便。图四、图五为工序件在三坐标测量
8、仪上的打点示意图。 图四 工序件实物图 图五 意大利C00RD3三坐标测量仪 采集数据的一般原则是在曲率变化比较大的地方打点要密集一些，平滑的地方则可以稀少一些。采点精度，这直接影响构造CAD模型的精度。图六为三坐标测量仪打点后获得的点云数据。CCBBAA图六 获取点云数据3.4数据分析处理通过对压料圈的实物及图六点云数据的分析可知，得到A-A,B-B,C-C这三个截面的数据对于压料圈数模的重建比较关键。而这三个截面的分析处理如下如下： （A-A）截面图 （B-B）截面图 （C-C）截面图数据处理是逆向工程中的关键环节，它的结果将直接影响后期模型重建的质量。数据处理的目的：一是除去模型中冗余的
9、数据点，最好只留下恰好够重构出CAD模型的数据量；二是对噪声点进行过滤。具体处理内容包括补偿点产生、噪声点删除、数据点精化、数据点加密、坐标变换、数据的格式转换稳数据输出。通常这个工作在UG软件中完成。3.5 CAD模型重建UG的逆向造型遵循点-线-面-体的一般原则。3.5.1 连接曲线 曲线连接应尽量做到误差最小并且光顺。如果是曲面数据曲线应分层连接，每层必须有一相同的坐标值，层与层之间哪一相同坐标值根据给出的取点间距等数值变化。曲线的连线要做到有的放矢，根据实物的形状、特征大致确定构面方法，从而确定需要连哪些线条，不必连哪些线条。连线最常用的是样条线，对有圆角、倒角、翻边的地方如无特殊要求
10、可先忽略，做成直角，做完曲面后再处理。3.5.2 曲线调整 因测量有误差及实物表面的划伤和缺陷等原因，连成的样条线的曲率半径变化往往存在突变，对以后的构面的光顺性有影响。因此曲线必须经过调整，使其光顺。调整曲线时可使用UG软件的相关命令，也可使用增加、删除个别点的办法使曲线光顺。但必须注意的是，无论用什么方法调整曲线都会产生偏差，调整次数越多，累积误差越大。误差允许值视样件的具体要求决定。3.5.3 曲面重构。 曲面的合成在UG中有多种方法，曲线顺序合成曲面时，并不是能一次成功的，往往要经过多次调整修改。曲面有凸起、折痕，甚至曲面无法合成等问题经常碰到，这就要求设计人员不仅要熟练掌握UG的造型
11、功熊，还应会分析原因。合成曲面时多用切面来解决曲率变化大的地方的折痕问题。通过做出两面之间的曲面使两个曲面光顺。在构建曲面的过程中，有时还要再加一些线条，用于构面。连线和构面经常要交替进行。曲面建成后，要检查曲面的误差，对外观要求较高的曲面还要检查表面的光顺度。构面还要注意简洁。面要尽量做得大，张数少，不要太碎，这样有利于后面增加一些圆角、斜度、倒角、翻边等特征，而且也有利于下一步编程加工。3.5.4实体构造 当外表面完成后，下一步就要构建实体模型。当模型比较简单且所做的外表面质量比较好时，可以使用UG中实体构造菜单中的命令构建实体模型，但是有时实体构建并不能一次完成，还需要反复修改曲线、曲面
12、，再重新构建，直至完成。在构造实体模型时还应注意完成后与实物的参考对照，对于数据的处理应多加注意，看是否对实物的整体有太大的影响，如过多地背离了设计要求，那么就应重新分析。通过以上步骤及大量数据的处理，便可生成压边圈的三维实体模型如图七。 图七 压边圈CAD实体模型3.6 数控加工UG软件最擅长于NC编程技术，在有了三维造型的前提下，CAD数模可直接在UG中生成加工程序，在数控机床上进行加工。图八为正在我公司数控机床上加工的压边圈。图八 数控机床上加工的压边圈毛坯4 模具调试压边圈通过数控加工完成后，模修钳工要对其表面光洁度和粗糙度进行提高，同时，压边圈的局部型面同原模具的凸模和凹模可能还有干
13、涉的地方需要修整，提高拉延模的研合率，最终要拉延出合格的制件。图九为钳工在对数控加工完成后的压边圈进行修整，同时对模具进行调试。图十新更换的压边圈在生产中正常运行的情况。 图九 模具调试 图十 新更换的压边圈在生产中正常运行5 结束语逆向工程在模具维修中的应用，是传统模具维修技术上的一个新的尝试，它在我公司的应用，丰富了我公司模具维修技能方式，提高了模具维修水平，大大缩短了维修周期，提高了维修质量。参考文献：1、 王宵. 逆向工程技术及其应用【M】. 北京：化学工业出版社，2004.2、 李勇清.基于散乱点的B样条曲面重构和技术研究【D】.杭州：浙江大学，20023、 王庆林.UG铣制造过程使用指导. 清华大学出版社 20024、 李新城.材料成形学.机械工业出版社.20005、朱赟.铣削加工实例与技巧.国防工业出版社.2005.
