注塑模具外文文献翻译-用逆向工程方法来提高模具制造【中英文WORD】【中文6000字】.zip

【中文6000字】用逆向工程方法来提高模具制造摘要:现代CAD/CAM技术与五轴高速铣都能降低模具制造时间和成本。不过，为了使用模具，仍然经常需要操作手册的精加工和装配。模具制造商进行手工修改铣削模具。逆向工程技术可控制模具的质量，评估模具加工几何尺寸和装配公差。有时模具决定加工产品的形状。在这种情况下，模具制造商可以直接修改模具。因此，最终的模具的几何形状并不真正反映一个原始的CAD模型。本文的目的是要指出非接触控制质量的好处，并在程序的基础上运用逆向工程技术，来改造和更新的数学模型模具的抛光和修改。这一程序通过光扫描仪测试一个实体模具的生产。关键词：CAD建模 逆向工程 模具曲面重建 计算机辅助制造1）简介生产工具（更好地称为模具）是在制造业中一个重要元素。一个新产品的开发在设计制造模具中是一个漫长和昂贵的步骤。因此，任何努力都有助于减少模具生产时间和成本。如今，现代CAD/CAM技术和五轴高速铣削都允许：&开始于三维CAD模具快速设计&电火花加工电极的建设，以克服与几何形状上由铣刀加工不到的相关问题&刀具轨迹由数控生成，使用策略开发可以减少加工时间&材料粗加工时去除率高&精加工时能得到较准确的尺寸公差和表面粗糙度无论修剪操作被推迟多久使用，在模具投入使用之前，下面的操作仍然经常需要&手工操作，铣削和电火花加工过程中取得光滑表面&装配，以确保模具的封闭一方面，抛光和装配保证片的成型，但另一方面，他们修改腔体表面的方式是数学非定义。因此，最终的真实的模具几何形状不反映原始的CAD模型（理想几何）。现在的CAD软件资源不允许消除这种不协调另一个方面，模具引进的微小变化是往往被忽略的。有时模具需要修改，经过整理来反映产品最终的修改形状。在这种情况下，模具制造商可直接修改而不更新模具CAD模型。因此，可能出现问题：&模具零部件的装配过程&模具因磨损和断裂需要更换 逆向工程技术为模具制造商克服一些问题提供了新的机会。在最近多年来，非接触式数字化设备已改善，主要表现在每次扫描的准确性和测点的数量上。高扫描速度允许用户在几秒内检索十万（甚至几百万）份的模具表面。在高密度点云中包含的信息可为模具的质量控制和CAD模型的修改提供帮助。彩色偏差图，CAD数据和点云数据之间的比较分析显示出一个完整的公差和偏差。这远远超出了坐标测量机（CMM）对一些分散的检查点的测量。对整体和局部的腔面偏差进行评估，来确定加工误差，并探讨其原因。在投入使用前对模具型腔表面的颜色偏差地图的考虑，可能有益于减少了模具制作所需的时间。检查的结果要推广到整个数字表面，而不是仅局限于某一点。明智的措施，可以分析到：定义重新加工策略，当真正的模具表面超过了相应的CAD模型一些。这意味着材料还有余量，仍然可加工;不可恢复的错误，检测并调查其原因。当CAD模型表面超过了相应的真正的模具表面一些，这意味着材料没有余量手工加工或机加工。在这种情况下，模具不能投入使用，因为其公差超出了给定的公差误差。在另一边，逆向工程的资源可以通过数学模型来更新模具：凸模和凹模模具配件数码化，作为点云数据的输出；重构腔表面;生成的三维CAD模型的模具 本文的目的是显示出非接触式测量点的优势。对模具的三维CAD模型经过抛光和配合可以更新，这就应成为模具制造商之间的良好实践。使用共同的逆向工程技术和软件包可以完成这一任务。对程序进行了建议性的测试，可以验证实体模具。2）插入数字化及检查（CAD模型）由一数控机床粗铣轻合金完成模具的插入，凹模模腔用电火花完成实体上的微小沟槽。事实上，这些尺寸过小的沟槽的加工不能由铣削完成。在凸模模腔的左半边却没有被加工，以便它仍然呈现出45交叉磨削路径。另一半是加工后抛光。这种非接触式扫描仪能够区分为两步完成的操作被引入评估。为了体现非接触检测的优点，数字化的模具镶件所用光学扫描仪由墨西哥湾有限公司按ATOS标准生产。此外，目前为了提高光学扫描仪的精度和分辨率，部分边缘点作了大数目的定义，便于测量。所选的扫描装置利用立体视觉，因为它有两个索尼XC75内置CCD摄像头（768 572像素/8位），其光存储扫描对象边缘的图像。投影机在传感器的中心位置，其包含10张有顺序的幻灯片：4干涉条纹（相移技术）6个二进制编码后的灰色图像。这6位代码可以区分26个视野为64列。考虑到模具插入整体规模，扫描仪进行了标定的工作面积为160 毫米 200毫米。这样的扫描仪配置的精度为0.06毫米，在设备上的数据表里有显示。扫描识别软件网是由固定参考标记创建的，故多重扫描自动注册在一个点云内。有一个标记中所涉及的领域的缺少了部分数据，但墨西哥湾的软件可以完成关闭这些漏洞的虚拟模型。通过软件计算了在墨西哥湾上的参考标记为基础的网格对齐程序。由Inus快速成型软件科技有限公司雇用的模具检查。2.1凹模腔检查 凹模腔数字化扫描需要12个点。数字化数据和原始CAD模型之间的比较，显示了最大偏差在0.84毫米左上型腔。通过CMM的测量可证实：该型腔深度的偏差结果为0.85毫米。在电火花加工中，电极运动也许并没有完全垂直于凹模模腔分型面。在电火花加工机床上一个不正确的模具的安装方式，导致个很小的倾斜是很正常的。在CAD模型正常的分型面上计算出的倾向考虑到了数字化的数据。2.2凸模腔检查 对完全数字化的凸模模腔来说，九点扫描是必要的。在扫描之间的数据和原始CAD模型对照，最大误差定位在右腔模上。在这一区域，有铣刀下降而造成的一种轻擦变化。在CAD数据里，在微小沟槽底部边界有毛刺。凸模的模腔插入是由直径为4毫米的数控球状铣刀加工，刀具路径为45 方向与平面对角线平行的轨迹。这种操作不会允许创建的凹槽底有毛刺。因此，扫描数据显示，处理槽会有很大的误差。还原的差异性的极限规模最大误差多达0.20毫米。抛光操作已去除了一层非常薄的材料，故造成的偏差小于0.10毫米。3）模具CAD模型程序的重构 在模具CAD模型中，几何公差（对称，同心度，平行度，正交等）已被视为制造，装配和正确的工作的重要资料。在设计阶段，以及运用逆向工程，片功能是非常重要的，它不能被忽略。对于这样的原因，重建进程在很大程度上取决于操作者的经验。为了正确的CAD起始扫描数据，需要创建标准的自动化程序模型的。最重要的步骤是分割的过程，这是扫描到表面细分领域或区域数据。形状特征支持产品重新设计和先进的制造技术。专门的自动程序软件尚未需要用户足够地干预，结果就令人很满意：他们顺利产生的连接、修剪补丁反映了全球的拓扑结构形状，但很少会在表面边界沿特征线，锋利的边缘，圆角型材等所谓的任意拓扑结构的细分曲面上，在不理智的态度进行部分重新设计，因为这个重建进程的基础是三角数据结构，它不会讨论信息是如何细分的。自动曲面重建是相当快的，逆向工程过程的最终目的是建立一个不需要作出任何修改它的形状和质量要求的数字模型。在这种情况下，有时，三角模型是足够的，因为计算机图形应用STL文件。当需要更新的模具或产品三维模型，以保持它的形状，供进一步修改或将来重新设计，就应该使用一个CAD驱动。重建进程的最好的结果是用逆向工程软件，用户建立细分点云在相同的方式，制造CAD模型，所以用户交互仍起着根本性的作用。凸台，型腔，孔，倒角和圆角的边界曲线要被检测和扫描数据定义，但自动化功能仍不能令人满意。事实上，软件的自动检测的，而不是一般的平稳连续曲线的几何实体，只是零散的零部件。毫无疑问，人类的干预，使该过程相当艰苦和耗时，但表面质量和形状更容易修改。即使没有达到汽车A级质量，重构表面曲率连续的质量是良好的，同时为所需形状提供了一个简单的数学表达式。越复杂的曲面重构，CAD模型越是难以修改和管理。因此，重要的是要方便细分扫描数据沿模具或产品的特征线来生成简单表面的边界。如果分割过程是人类理性和智慧参与，即需要用户的干预，就能得到最好的结果。该确定重构模具的数学模型的程序，实现了普通的商业软件的使用。INUS科技公司由软件来创建网络曲面，并生成NURBS曲面的曲线。程序的开发通过以下步骤：1 模具型腔的数字化模具的一个最重要的部分是模腔表面。因此，只有重建的模具型腔数字化，而分型面，可以从原来的CAD模型恢复，也可能很容易得到CAD模具的型腔。经过整个型腔的数字化，多种扫描必须一致，有时数据一定要根据流程图。点云功能处理软件时，扫描数据是喧闹的，不光滑。用户决定是否在整个数据或一个小区域内使用这种功能。软件包可计算和显示最佳的数据来选择函数参数的值，但在特定情况下，用户不得不依据经验对值进行调整。2 网络曲线创建 这种从表面扫描数据集的方法，被称为网络曲线创建表面。它是基于特征曲线，如对称线，特征线或锋利的边缘线。网络曲线的创建需要用户交互：用户通过曲线坐标轴或扫描数据点插值创建平行截面。正如已经解释，最终的结果是最好沿同一曲线或边界划分，CAD建模时会每个单一的模具表面插入。这些点云首先通过逆向工程软件生成模具。曲线的定义由用户交互引导细分的过程，并决定该创建多少曲线。如果一个新的特性曲线（对称线，特征线，锋利的边缘线，圆角轮廓线，边界曲线等）都可以通过由一个平行于坐标轴切片机生产，那么生成三角模型要设置切片机的位置。在所有其他情况下，尤其是复杂的剖面，用户通过扫描数据插值点来创建特征曲线。逆向工程软件允许进一步调整曲线的插值点的位置，以获得连续，平稳的几何实体。因此，它是依据用户的经验，决定建立多少网络曲线就有多少个曲面。作为一般规则，尤其是重建程序的中间步骤复杂的形状，曲面要求有更大数量的曲线。每个表面延伸取决于关于对象的细节的存在。3 NURBS曲面制作 一个NURBS曲面生成上一步中定义的补丁。在NURBS曲面的每个点的参数方向必须由操作员设定。根据10和20补丁点的参数方向延展。因点较多而导致过于复杂的NURBS曲面被纳入到三维CAD模型中专用，而一个下面的平面不足以保证在规定公差内重建误差。表面生成算法能够修剪生成NURBS四个补丁表面，否则，就修剪NURBS曲面的创建。G1连续能计算两种NURBS曲面。某些因素必须对每个补丁的界限制约，以保证连续性和邻近表面相切。这减少了软件表面重建算法的自由度。靠近边界的大补丁不完全适应模具表面的曲率变化。因此，分界应配合锋利模具表面和点云的曲线位置细分。4模具CAD模型重建 NURBS曲面型腔都转换为IGES格式，并以三维实体建模为入口。一个简单生成实体模型的模具镶件的方法来是加入所有的表面，并创造一个亚平面。对腔体模具而言，问题是，外侧表面不是平面：在Z轴的最大边界差值约为0.10毫米。此外，CAD零部件都加入了表面组成相当复杂的元素。因此，在建立稳固的模型操作者未能通过使用亚平面。另一种方法是发现和测试。该过程在概念上比较简单，但它具有个相当辛苦工作的缺陷。该战略是构建根据流程图代表每个NURBS曲面。表面首先复制并沿成型方向，就关闭块建立了的原面和复制相应的边界曲线直纹面。模腔的实体模型，加入所有的块在一起生成。在绘制模具使用CAD软件在模具分型面的横向表面15 倾斜插入嵌件。这种表面的模具在最后一部分的位移提供了正确的封闭指引。完整的CAD模型重建把型腔实体和模具的基础平面联合起来插入。5模具CAD模型的修改和更新 直接在模具上介绍了一种审美的变化，以验证上述解释的重构过程。然后用逆向工程更新模具的数学模型。凹模模体进行改性加工用5毫米直径的刀具完成纵向槽与球鼻的加工。左半边腔的新沟是30毫米长，放在对面的腔体上。腔体外表面，然后与目前的修改反向形状突出。复制凸模模型预测是同样的。模具数字化插入修改后，根据曲线网络方法生成模腔表面。表面之间的重建和点云数据的最大误差小于0.03毫米。这样的结果是令人满意的，每个补丁较大的偏差局部化。一个可能的最高计算错误是，在数字化数据锋利的噪声申请被过滤为60（它是由软件需要一个值）。使用这样的精度，对每一个面（即点之间的NURBS扫描数据和相应的重建的平均偏差）通常小于千分之十的毫米（10微米），这是腔体的成型公差。用更高的精度值，有时，表面生成算法在表面的点或面的计算生成的，因为NURBS曲面有较少的自由度，正确管理过于复杂的CAD模型。表面产生凹槽的错误也是相当巨大的。也许，一个最好的NURBS细分由凹槽轮廓曲线的方式将得到这样一个区更好的结果。更新后的凸模CAD模型是通过加入创建实体由腔表面形成的重建。对凹模的相应型腔模具实体之间布尔减，以保证一个完美的配合。修改后的母模腔，然后由表面模型扫描数据重建。4）结果与讨论 该文件指出，模具制造商如何通过引入非接触检测和逆向工程作为模具制造工程技术标准的活动而受益。最近非接触的模具质量控制改良提供了模型的尺寸和几何公差的完整信息，用光学扫描仪，以便检查，然后才将它正确的投入制造业。非接触检查也可以被用来检测磨损和模具磨损后的数周或数月的连续运行情况。使用积极的成型材料是特别有趣的。另一个优势来源于最终修改，这些产品的形状和变化与实际进行更新几何原本模具CAD模型，是一个正确的抛光和手工操作的结果。模具CAD模型更新可以降低制造和修改的时间，磨损或断裂的需要被替代。在本文中，一个交互式程序，重建和更新的模具CAD模型对原始的扫描数据进行了测试和验证。扫描阶段的一般检查，接触很短：模具都被插入在一个工作日内数字化。表面重建的步骤，以及创建CAD模型，不是很长：他们需要在一个工作周内数字化。每个片表面创建是辛苦的。此外，每次该公司为下一个补丁进行交互。网络的曲线创建，可能不要交流，如果可以选择一次在所有的补丁表面进行自动创建。关模具CAD模型的创建，该公司已利用建模功能用IGES转换成实体表面重建。有时，要返回到前面的步骤，以减少NURBS的秩序，因为CAD软件包不容易管理过于复杂的表面。为了简化程序，宏可能会被用来创造每个坚实的表面。自动化改造模具数学模型的过程可以成为今后进一步研究的活动，这无疑需要以网络软件算法改进为起点自动建立实际的曲线。毫无疑问，现在，一个模具或产品可以在短的时间通过自动曲面重建功能得到，但由此生成的模具往往质量较低，其形状需进一步的修改，因此制造起来很难。它代表了在最终要求的情况下得到很好的折衷解决。当需要更新的模具或产品三维模型时，以保持它可用于未来的重新设计，然后是基本的和人为的干预过程时间较长。民航处驱动的办法应该是在这种情况下使用更高质量的型号和物体形状容易的修改。另一个的例子，建议程序大规模适用逆向工程定制产品：为儿童滑雪启动。一个扫描数据可以由用户交互的手段定义网络的曲线细分，生成最后高品质的CAD模型。事实上，以原始扫描数据重建的数学模型，平均偏差小于0.01毫米。此外，通过适当的分割，灵活的灰色部分的表面从启动系统中分离，因此，这两个部分可以单独重新设计滑雪启动形状修改。在逆向工程重建过程中的关键步骤是扫描数据分割，其中通过人类理性和经验来开发高质量的数学模型是至关重要的。用户用这种自动分割，可替代复杂的专用系统。然而，在不久的将来，越来越先进的软件算法，将简化了模具 CAD 模型。模具制造商，将普遍的采取逆向工程来更新程序有很大的竞争优势。1Enhancing moulds manufacturing by means of reverse engineeringL.Iuliano&P.MinetolaReceived:5 March 2008/Accepted:1 September 2008/Published online:23 September 2008#Springer-Verlag London Limited 2008Int J Adv Manuf Technol(2009)43:551562DOI 10.1007/s00170-008-1739-3L.Iuliano:P.Minetola(*)Department of Manufacturing Systems and Economics,Politecnico di Torino,Corso Duca degli Abruzzi,24-10129,Torino,Italye-mail:paolo.minetolapolito.itL.Iulianoe-mail:luca.iulianopolito.itAbstract:Modern CAD/CAM techniques together with five-axis high-speed milling allow to reduce moulds manufacturing time and costs.Nevertheless,in order to put a mould into use,operations of manual finishing and fitting are still always required.Such operations,performed manually by mould makers,modify the milled surfaces of moulds.Reverse engineering techniques can be employed in quality control to evaluate dimensions and geometrical tolerances on moulds after machining and fitting.Changes in the products shape are sometimes decided after a mould has already been machined.In such cases,if possible,the mould maker directly modifies the mould.Thus the final real geometry of the mould does not reflect the one of the original CAD model.The aim of this paper is to point out the benefits of non-contact qualitycontrol and to illustrate a procedure,based on reverse engineering techniques,to reconstruct and update the mathematical model of the mould after it has been polished and fit.The procedure was tested on a mould for the production of a plastic camera body that was previously inspected by means of a structured light scanner2Keywords:CAD model.Reverse engineering.Mould.Surfaces reconstruction.Computer aided inspection1 IntroductionProduction tools(better known as moulds)are a essential element in the manufacturing of wide consumption goods.The design and the fabrication of moulds are a very long and expensive step in the developmen of a new product.For such reason,any effort improving mouldsmanufacturing helps to reduce times and costs.Nowadays,modern CAD/CAM technologies an fiveaxis high-speed milling 1 allow:&A fast design of moulds starting from the 3D CAD model of the piece;&The construction of electrodes for EDM,to overcome problems related with geometries tha are not machinable by milling tools;&The generation of the NC tool path,using strategies developed to reduce machining times 2;&The achievement of high material removal rates in rough machining;&Better dimensional tolerances and low roughness in finishing 3,4No matter how far the boundaries of the cutting technology have been pushed,before putting a mould into use,the following operations are stil always required:&Manual finishing,to obtain a smooth surface by removing marks of milling and EDM processes;&Fitting,to ensure the mould correct closureOn one hand,polishing and fitting assure the moulding of the piece,but on the other one,the modify the cavity surface in a way that is mathematically non-definable.Therefore,the final real geometry of moulds does not reflect the one of the original CAD model(ideal geometry).Today CAD software resources do not allow to eliminate this incongruity.Another aspect,that is often disregarded,is the introduction of small changes on moulds.After finishing,moulds are sometimes modified to reflect last-minute modifications in product shape.In such cases,the mould maker directlymodifies the mould without updating the CAD model.Consequently,there may be 3problems:&During the assembly of the group to which the moulded part belongs;&When moulds have to be replaced because of the wear or a fracture.The lack of alignment between the CAD model and the mould real geometry increases re-machining costs and times of product development and launch.Reverse engineering techniques offer new opportunities to mould makers to overcome such problems.In recent years,non-contact digitising devices have been improved mainly in terms of accuracy and number of points measured per single scan.High scanning speeds allow the user to retrieve hundred thousands(or even millions)points on the mould surface in a few seconds.The information contained in high-density point clouds can be employed for both moulds quality control and CAD model updating 5,6.Coloured deviation maps,displayed as a result of the comparison between CAD data and point cloud data,provide a complete analysis of tolerances and deviations.That goes much beyond what can be done measuring some scattered points during the point-wise inspection of the tool on a Coordinate Measuring Machine(CMM)7,8.Overall and local deviation on the cavity surface can be evaluated to identify machining errors and to investigate their causes.Considerations on coloured deviation maps of the mould cavity surface may also be useful to reduce the set-up time before putting the mould into use.The results of the inspection extended to the whole figure surface and not limited to some point-wise measures can be analysed to:&Define re-machining strategies,when the real surface of the mould is“higher”than the corresponding one of the CAD model.That means there is some residual material that can still be removed;&Detect unrecoverable errors and investigate their causes,when the real surface of the mould is“lower”than the corresponding one of the CAD model.That means no residual material is available for further machining or manual finishing.In such case,the mould cannot be put into use if the errors go beyond given tolerances On the other side,reverse engineering resources can be employed to update the moulds mathematical model through:&Digitisation of male and female mould parts,getting point cloud data as output;4&Reconstruction of cavity surfaces;&Generation of the 3D CAD model of the mould This paper aims to show the advantages of contactless inspection compared to point-wise measurements.After operations of polishing and fitting,the updating of the 3D CAD model of a mould should also become a good practice among mould makers.A procedure to fulfil that task was defined using common reverse engineering techniques and software packages.The proposed procedure was tested and validated on a mould for injection moulding of a plastic camera body.2 Inserts digitising and inspection(CAD model comparison)The inserts of the mould are made of light alloy(Fig.1).After rough milling on an NC machine,the female figure was finished by EDM of the tiny grooves located on the camera handle.Because of their size,in fact,those grooves cannot be machined by milling.The left half of the male mould cavity was not treated after the finishing milling operation so it still presents evidence of the 45 crossing mill path.The other half of the cavity was instead polished after machining(Fig.2).Such manual operation was introduced to evaluate if the noncontact scanner is able to discriminate the different finish of the two halves properly.In order to point out the advantages of non-contact inspection,mould inserts were digitised using the optical scanner ATOS Standard produced by GOM GmbH(Fig.3).Contactless scanning of large moulds or products is less time consuming than contact scanning and undercuts can be easily digitised by changing the relative position of the optical sensor to the part.Moreover,current optical Fig.1 Photo of the mould inserts(overall dimensions:20098 35 mm)552 Int J Adv Manuf Technol Another aspect,that is often disregarded,is the introduction of small changes on moulds.After finishing,moulds are sometimes modified to reflect last-minute modifications in product shape.In such cases,the mould maker directly modifies the mould without updating the CAD model.Consequently,there may be problems:&During the assembly of the group to which theMoulded part belongs;&When moulds have to be replaced because of the wear or a fracture The lack of 5alignment between the CAD model and the mould real geometry increases re-machining costs and times of product development and launch.Reverse engineering techniques offer new opportunities to mould makers to overcome such problems.In recent years,non-contact digitising devices have been improved mainly in terms of accuracy and number of points measured per single scan.High scanning speeds allow the userto retrieve hundred thousands(or even millions)points on the mould surface in a few seconds.The information contained in high-density point clouds can be employed for both moulds quality control and CAD model updating 5,6.Coloured deviation maps,displayed as a result of the comparison between CAD data and point cloud data,provide a complete analysis of tolerances and deviations.That goes much beyond what can be done measuring some scattered points during the point-wise inspection of the tool on a Co