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制造风云

浅谈逆向工程与3D制造技术

日期:2016-11-19 21:43:26    浏览:

科技强国,强大的国家都有自己的核心技术。日本之所以在二战后能迅速地壮大,离不开美国的支持,但更重要的是对科技的重视,对知识、人才的尊重。培养出大批优秀的技术人才和科技人才,领先工业,率先进入经济全球化竞争。而中国工业之路,路向何方?从鸦片战争开始,中国工业兴起。数经辗转,建国初,“十一五”计划公布以后,社会主义工业化建设起步。完成了:飞机、汽车、重型机器、精密仪器等近600个重要项目;鞍山钢铁公司三大厂、长春第一汽车制造厂、沈阳机床厂、飞机制造厂等也在此时相继建成;改变我国工业落后的面貌。2l世纪初加入WTO后,中国成为全球最大的机床消费国,是世界上最大的机床进口国。先进的数控设备引入中国,让国人了解世界的科技水平已经到了什么样的水平,中国成为世界上制造大国,现在正迈向制造强国。

说到传统的制造业就离不开普通机床的加工,如常见的车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等机床。这些都是制造业的常用机床,随着社会的发展,把一些智能如数控技术运用到普通的机床上大大提高了加工效率与精度要求,数控机床就是在普通机床的基础上发展过来的,给普通机床装上数控系统后,机床就成了数控机床。

之后随着国外3D测量及零部件制造工业的飞速发展,其产量也在日益增大。这迫使我国对3D测量及零部件制造工艺的需求也越来越大,对提高市场竞争力具有重要的现实意义。在对零部件制造中,需要对三维模型以进行模具设计分析,但大多的物体,往往难以测量出准确的二维的工程图,在这基础上就需要进行建模。那如何进行建模呢?我们来了解一些逆向工程,逆向工程也称反求工程,传统的设计的产品通常是从概念设计最后出图样,再制造出产品。而逆向工程是运用3D测量技术把一个物体,用计算机技术进行处理后,建造成数字图样,导人数控机床加工出最后的产品。为了得到图样,我们需要去采集相关实体的数据,利用现有的成品区设计新的产品可以节约大量的设计以及成本而想要获得这一产品其尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等参数。我们就可以使用3D测量仪器采集我们所需要的零件信息,从而更好的帮助我们去完成设计。让我们了解一下什么是3D测量仪器,顾名思义就是指在一个空间体范围内,能够表现出几何尺寸、长度及角度等测量能力的仪器,又称为三坐标测量机。有了3D测量仪器我们就可以实物的零件的尺寸、定位精度、几何形状、轮廓曲线等数据通过逆向工程我们可以得到实物的大致形状,这可以为零件加工节省大量的成本。但所采集到的数据并不能直接用于使用。因为逆向工程是从一个存在的零件或原型人手,首先对其进行数字化处理,然后构造CAD模型,最后制造产品。与传统的产品实现通常是从概念设计到图样,再制造出产品有所不同。

现在通过一些软件的逆向工程来得到我们所需要的零件大体模型。但我们知道我们通过点云数据进行逆向工程所得到的三维模型并不符合我们用于实际加工三维模型的。在此基础上我们可以利用软件对我们通过逆向工程所得到的零件模型进行设计。我们都知道设计的零件在实际加工后不一定符合我们所设计的零件从而导致没有必要的浪费。通过软件模拟仿真来确定我们在实际加工的零件能否达到我们的设计要求。

图1逆向工程流程

而Geomagic Studio软件就可以实现这样的功能。Geomagic Studio软件的特点是三维扫描数据转化为高精度曲面,从而实现多边形和通用CAD模型的整套工具组的功能,网格编辑、强大的点云和曲面处理能力也是Geomagic Studio的特点。为了降低工作时间、人力成本的同时Geomagic Studio结合自动化工具用精确的三维数据处理功能就能制造出高品质的模型。

通过Geomagic Studio软件建立出模型,那我们接下来的工作就是对这个模型进行处理。处理数据这块,我们选用的是Autodesk Inventor软件。它是美国AutoDesk公司推出的实体模拟的软件,使用Autodesk Inventor可以对数据采集的资料进行分析,并对资料进行三维视图处理,处理后的图形能够完整。因为扫描出的形体不可能完整可通过In.ventor进行修补图像,完成图形的美观度。这样设计者就能够简单直接的体验到装配的真实的感觉,从计算机进行仿真分析,使设计能员直观的对产品零件的分析,完成步骤。

在下企业锻炼中与机械设计师和绘图员交谈得知,Autodesk Inventor至少使工程人员的效率提高了20%,生产车间的效率也得到了提高。由于改进了零部件和装配图的准确性,模型从制图到输出到制造的整个过程实现了数据的无缝和动态链接,消除了错误,直接节省了成本。而之前的系统,最初即使设计的准确无误,但是到后来每一步骤的数据传输都会产生错误和材料的浪费。

我们都知道我们所设计的零件在实际加工后不一定符合我们所设计的零件从而导致没有必要的让费。而Autodesk Inventor中可以通过模拟仿真来确定我们在实际加工的零件能否达到我们的设计要求。Autodesk Inventor的模拟仿真不只能模拟零件的加工更可以对机构和整个产品进行模拟仿真。

图2 Geomagic Studio软件

Invento的运动仿真功能,能知道机器在真实条件下的工作状态,可以据实际情况添加外载要求如:载荷、摩擦特性和运动约束。然后通过模拟仿真功能进行验证可行性。建立好的模型通过Au.todesk Inventor处理好后,最后我们要把在软件中处理好的图像导成能够对机器识别的加工代码,这部分是非常重要的通过Autodesk Inventor大多的图像成像非常的明显,对于这些图像通过软件导出代码。

图3 Autodesk Inventor

对于导出代码Cimatron软件具有较高的实用性。随着CNC的发展Cimatron在加工制造业技术上有十分重要的突破。数控加工技术重要是数控编程设计,而Cimatron软件是最杰出的数控编程设计系统之一,所以Cimatron软件立与世界数控加工领先水平。不仅仅提供加全面的加工应用,还储存着各种模板,只要简单地把该加工过程定义一下,用户下次再有相同的工艺时刀具轨迹就会自动生成。Cimatron还提供了仿真模似和轨迹校验的功能,加工每一零件或毛坯的工艺分析,都以彩色图的形式明显表示出来如:加工量余量、进给量、背吃刀等。当要加工一个胚料时,还可以对自己所加工的零件工序进行分析对加工轨迹进行分解,具有强大的加工模拟仿真功能,使其更佳合理与正确。从毛坯的开始加工到刀具形成可以任意旋转观察加工的过程,但我们在3D制造中用到最广泛的功能还是对处理好的图像转换成数控机床识别的程序,删除程序之前也是最重要的一个步骤就是刀具路径的识别,这样通过计算机仿真,才可以看出加工过程的好坏,减少失误率与废品率的产生。Cimatron除了具备高效的产品设计和优化性能,而且Cimatron的数控加工技术,更是大大降低了人工设计和普通机床设备加工所造成的误差,提高了零部件加工的精度与产量,缩短了制造周期,为企业带来了良好的经济效益。

图4 Cimatron

随着社会的发展制造业的水平由传统的普通加工到现在运用软件进行自动化生产加工制造,由原来的二维普通机床加工到现在的三维立体加工,计算机被广泛的运用于制造业中实现了加工工艺模拟仿真,为实际的加工过程中可能出现的错误和误操作进行排查,从而实现了避免浪费材料的情况出现,同时通过自动化加工技术为当代机械加工制造大大缩短了产品的设计周期,减少了废品率,提高了产品的质量。

作者:吴佳乐 编辑:

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