逆向工程在产品模具设计与加工中的应用

在产品开发与制造过程中，有时候需要承接来样加工业务，即在只有样品而没有设计图纸和数字模型的情况下进行生产。有些客户还会提出对原有样品进行优化和改进的要求，这让很多加工企业深感头痛。

要解决这一难题，最有效的手段就是将样品实物转化为三维数字化模型，再利用CAD/CAM、RPM、CIMS及PDM等先进技术进行处理或管理。如果把数字模型转化为实物的过程认为是正向生产过程，那么，这种由实物转化为数字模型，从而实现产品模具的设计与制造的过程，就称为逆向工程。

逆向工程替代传统模具加工技术

传统的模具的加工方法是采用立体雕刻机等设备，按照比例进行制造。这种方法除了精度不够之外，还存在着隙不均匀，手工修模工作量大，加工周期长等缺陷。更重要的是，这种方法无法建立产品的尺寸图档，因此不具备修改性及重新设计的能力。因此，随着技术的革新及加工要求的不断提高，这一方法已经逐渐失去了市场，取而代之的是采用新型数字化技术的逆向工程。

CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）—体化技术就是一种行之有效的数字化逆向工程技术。在计算机辅助设计系统中，可以对其建立的产品三维数字化模型进行外观分析、产品装配、检查配合部件的干涉，从而实现产品的设计和修改。该模型还可以直接生成数控指令，并通过DNC接口实现在计算机与加工机床之间建立便捷的数据通讯。这一过程可以大大减少需要手工操作的修模量，缩短新产品的研制周期，提高产品加工质量。

数字化技术应用阶段

数字化技术是逆向工程技术的一个主要的组成部分，也是第一道工序。它是利用三维扫描测量设备，对实物样品的几何结构数据进行采集的过程，主要涉及CAD/CAM软件选择和三维数据采集两个环节。

CAD/CAM软件的主要功能包括数据的输入与处理、模型特征构建、三维造型的建立和检测以及优化处理结果等，这是逆向工程的重要辅助工具。目前，功能较为完善，使用也比较方便的商品化CAD/CAM集成系统软件有Imageware公司开发的的Surfacer以及PTC公司开发的Pro/E等可供选择。

三维数据采集，是应用三维光扫描抄数系统，通过被测物体上提前做好的标记特征，完成数据的自动拼合，得到被测物体几何结构的三维测量数据的过程。测量之前，为了保证扫描精度，需要对样品进行必要的前期处理，如标记参考点、喷涂显像剂等，对扫描设备还要进行软硬件的校准。经过从多个不同角度进行扫描，得到了样品的外形点云文件，接下来就可以对文件进行后续处理，也就是实现曲面重建的过程了。

曲面重建技术应用阶段

曲面重建技术是逆向工程中的另一个主要组成部分，也是数字化技术的后续处理。它是根据测量得到几何表面一系列点的数据，重新构造出型体曲线、曲面，最终形成零件三维模型的过程，主要涉及到三维几何建模和模具结构设计、制造、优化和改进等环节。

三维几何建模是逆向工程中最关键的步骤，而构建曲面又是关键中的关键。几何构建的基本思路是对扫描得来的数据进行调用，并做数据调整、区域修剪、密度修改、数据光顺、杂点去除、尖角保留等操作，建立起所需要的图形。它的主要过程包括读取点云数据、过滤不必要的杂点、特征线的提取、曲面创建、完成三维造型以及精确性校验。所涉及到的计算机软件包括Imageware、Pro/E等。

在实体模型建成以后，还要进一步对模具进行分型设计，以便进行后面的结构设计。应用Pro/E软件的Assmbly和Modei模块可以直接进行模具设计；而Pro/E提供的加工模块Pro/Manufacturing则可以对模具型腔进行处理，生成粗精加工程序，并设计合理的走刀路线。最后采用真实感图形显示技术，动态显示整个加工过程。根据模拟的加工结果与零件三维数据进行比对，可以对模具相对特征部位进行有效改进和处理，使其更加符合客户的要求。最终得到的加工程序，可以直接输入三轴或五轴加工中心进行加工。

基于CAD/CAM技术的逆向工程，在数据测量和处理、三维数字化模型的构建、模具的检测和修改等方面均收到了很好的效果，使产品的二次开发工作更加准确快捷，并实现了产品原型设计生产与模具设计制造的系统集成，在今后的模具开发中将发挥巨大的作用。