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Cimatron在汽车排气管逆向工程中的应用 |
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作者：南阳理工学院 王志奎 |
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【摘要】介绍应用Cimatron 软件进行汽车排气管逆向工程设计的具体步骤，强调了逆向工程在现代制造技术中的地位及重要性。
关键词：逆向工程 CAD 三坐标测量机 快速分模
一 、引言
逆向工程通常执行模型的仿制、开发工作。基于原型或实物的逆向工程因其快捷的开发方式，极大地缩短了产品的开发周期，因而在设计和制造领域有着广泛的技术需求。特别是对于没有原始几何信息的零件，逆向工程是完成零件精确几何造型的唯一手段，因而在模具设计和制造中成为技术热点。同时由于逆向工程能够提供原始产品的主要外形特征，进而对其几何外形进行改进，实现产品的快速改形，能够满足系列化、多样化的要求。传统的复制方法是用立体雕刻机或靠模铣床，制作出1：1等比例的模具，再进行批量生产。这种复制方式无法建立工件尺寸的图形文件，也无法做任何外形修改，因此已为数字化的逆向工程系统所取代。目前所称的逆向工程是针对现有工件，利用3D数字化测量仪器准确、快速测量工件的表面点数据或轮廓线条，并加以创建曲面、分模、加工，制作所需模具；或由CAD系统生成的STL模型文件传至快速成型机（RAPID PROTOTYPING MACHINE），将样品模型制作出来，直至达到满意效果。在许多逆向工程应用实例中，并不是要完全仿制原有的产品，而只是要掌握原有的设计理念，经过调整来建立一个类似的设计模型，因此逆向工程所涵盖的意义不只是重制（RE-MANUFACTURING），也包括了再设计（RE-DESIGN），其过程如图1所示。
图 1 逆向工程流程图
本文以CimatronCAD/CAM软件在汽车排气管逆向工程中的应用为例介绍逆向工程具体实施步骤。
二 、分析原型
如图2所示的汽车排气管，外形复杂，曲面变化较大且不规则，要对其进行数据采集，在三坐标测量机上方法很多，但是数据的采集方案要符合造型的思路，否则很难实现零件的精确再现。
图 2 数字产品模型
根据排气管的几何形状，可以看出尽管排气管表面完全是无规则的空间曲面，但整个几何形状却是由排气管轮廓曲线及可变截面轮廓线来控制的。这样就可以通过变截面扫描物体的方法来创建排气管的曲面模型。这样做的优点是采集的数据少，造型时，几何模型表面光滑，有利于滤掉测量过程中产生的随机扰动和原始零件固有的缺陷。当然也可以对排气管表面分层进行截面轮廓测量，但是这种方法数据采集工作量大，所需的曲线处理的工作量也很大，而且通过这些曲线所创建的曲面上会存在明显的凸凹不平的光滑波纹，效果很不理想，本次测量采用第一种方法。
对图2所示模型分两次装卡进行测量，图3-a 为第一次装卡所测数据点，图3- b、3-c为第二次装卡所测数据点。在保证坐标原点相同条件下测得轮廓及表面特征数据点,如图3所示。
图 3-a 外轮廓数据点
图3-b 表面特征数据点
图 3-c 轮廓边界数据点
三、 CAD曲面造型
将三坐标测得的以上数据点分别以igs格式存档，在Cimatron CAD造型环境中对各数据点文件进行坐标旋转保证坐标原点及坐标轴向一致,然后进入Cimatron逆向工程软件Re-Eng环境中，调入各数据点文件，确定断点后完成数据点文件的合并，然后返回Cimatron CAD造型环境中进行编辑，将这些分散的点连成SPLINE曲线，用BLEND功能将SPLINE曲线构成曲面，得到如图4图形。内腔采用等壁厚处理，经过光顺处理后得到图2数字产品模型，该数字产品模型经格式转换后可供快速成型机使用。
图 4 CAD部分曲面造型
四、 快速分模
将图2所示的数字产品模型进入Cimatron快速分模软件QUICK-SPLIT进行型芯、型腔的设计。由于汽车排气管为铸造件，所以要考虑铸件的收缩比。分模方向如图5所示。经分模后的图形退出快速分模软件进入曲面CAD环境时自动产生分模线，根据已有的分模线快速生成分模曲面，该方法可以非常灵活地处理模型的曲面信息，可对计算精度进行细调，最后经编辑、整理形成最终设计结果，进行NC加工后可得到理想的上、下模及形芯。
图 5 快速分模成型图
五、结论
逆向工程一般是通过三坐标测量机或激光扫描机等数据采集设备获取复杂零件的三维数据点，进而利用反求软件进行数据点处理，实现由点à线à面的CAD三维模型设计,由此可见，逆向工程主要包含两项内容，一是实物模型表面数据点的获取，即数字化技术，二是曲面造型技术。逆向工程技术与NC加工技术或RP技术相结合能使企业产品开发、研制周期大大缩短，为新产品进入市场创造先机，为企业带来巨大经济效益，所以逆向工程技术深受制造业的重视。
参考文献
1、 李伟光主编 《现代制造技术》机械工业出版社 2001. 6
2、 赵德永 王杰 用Pro/ENGINEER实现叶轮反求设计《计算机辅助设计与制造》2002.4
3、南京天地精英软件有限公司 编著 《 Cimatron V11.0 用户手册》2000.11
作者简介：
王志奎， 男，1966年2月生， 工程师，1990年毕业于东北重型机械学院（今燕山大学）自动化专业，研究方向为现代制造技术及可编程序控制器应用技术。
通讯地址：河南省南阳市长江路80号 南阳理工学院机电系 473004 Tel:0377-3121604(办)
e-mail:wangzkui@sohu.com(end)
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(12/27/2004) |
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