模具設(shè)計制造中逆向工程技術(shù)的應(yīng)用

韋焜程

（桂林市交通技工學(xué)校，廣西 桂林 541004）

逆向工程是創(chuàng)新模仿的重要方法之一，其相關(guān)的逆向工程技術(shù)，是集計算機軟硬件技術(shù)、測量技術(shù)、現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計與制造技術(shù)于一身的綜合應(yīng)用技術(shù)。逆向工程技術(shù)在模具生產(chǎn)制造行業(yè)中，有著相當(dāng)大的發(fā)展空間，隨著我國制造業(yè)的不斷進步與發(fā)展，逆向工程技術(shù)越來越廣泛普及。

1 逆向工程技術(shù)概述

1.1 簡介

從廣義上來說，逆向工程又可以被稱作測量造型、反向工程或者反求工程。逆向工程主要指的是對零件產(chǎn)品實物進行一定的測量，以及相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。逆向工程主要應(yīng)用于設(shè)計圖紙與CAD 模型缺失的情況下。

逆向工程技術(shù)，是一項綜合性十分強的專業(yè)技術(shù)，是集材料學(xué)、生產(chǎn)工程學(xué)、計量學(xué)以及現(xiàn)代的設(shè)計理論于一身的新型技術(shù)。逆向工程技術(shù)能夠?qū)π滦彤a(chǎn)品進行重新認識，以及創(chuàng)新地對其進行開發(fā)。因此，逆向工程技術(shù)作為產(chǎn)品的新型開發(fā)手段，能夠支持客戶的各種各樣的用途，對模具的具體加工以及快速模型的制作的多數(shù)據(jù)格式，也能高效地進行輸出，這就從根本上有效地提高新型產(chǎn)品適應(yīng)市場需求的發(fā)展速度。

1.2 優(yōu)勢

一般情況下采用的產(chǎn)品的傳統(tǒng)設(shè)計方法，是通過對相關(guān)產(chǎn)品市場進行調(diào)研，根據(jù)產(chǎn)品特性進行理念設(shè)計，進行效果圖的繪制，然后進行在對其評價后，利用CAD 軟件做出所設(shè)計產(chǎn)品的三維模型，經(jīng)過一系列的標準測試，比如干涉檢驗以及虛擬裝配等等，最后制出產(chǎn)品。

眾所周知，使用這種傳統(tǒng)正向工程技術(shù)進行產(chǎn)品的設(shè)計，生產(chǎn)的周期過長，相應(yīng)地市場風(fēng)險就會變大。所以，逆向工程技術(shù)就應(yīng)運而生了。逆向工程技術(shù)具體做法，是對實物模型進行詳細地測量，然后根據(jù)這些具體的數(shù)據(jù)，來構(gòu)件產(chǎn)品的CAD 數(shù)字模型，最后將這些設(shè)計特征，應(yīng)用于相關(guān)產(chǎn)品的加工與制作過程中去。逆向工程技術(shù)使用的設(shè)計方法，正好與正向工程技術(shù)的相反，可以從根本上彌補正向工程技術(shù)的不足。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

逆向工程技術(shù)能夠有效地提高產(chǎn)品相應(yīng)的快速制造能力，增多產(chǎn)品的設(shè)計手段，使產(chǎn)品的幾何造型逐漸豐富起來，能夠拓寬計算機輔助建模的相關(guān)應(yīng)用范圍。

從概念與特點上來看，逆向工程這項關(guān)鍵技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，是玩具、鑄膜、車船、飛機、家用電器以及人造皮革等，與模具相關(guān)的行業(yè)。

近年來，隨著我國醫(yī)學(xué)科技的迅猛發(fā)展，逆向工程技術(shù)也逐漸應(yīng)用在美容、人工生物骨骼領(lǐng)域方面。但是逆向工程技術(shù)最主要的，還是應(yīng)用在模具相關(guān)行業(yè)。

2 逆向工程技術(shù)設(shè)計過程

逆向工程技術(shù)實施工作的具體過程，主要有3個階段：

首先是認識階段。這個階段主要說的是對實物原型功能進行具體詳細地全面分析，以此來確定實物的相關(guān)技術(shù)指標，以及其各幾何元素之間的相互關(guān)系；

其次是再設(shè)計階段。通過對實物原型的測量記錄數(shù)據(jù)設(shè)計，使得再次被產(chǎn)出生成，這階段包括測量、修整、建立模型這3個部分的內(nèi)容；

最后是產(chǎn)品的制造階段。顯而易見，這個階段說的就是相關(guān)制作人員，依據(jù)實物的零件進行圖紙的再設(shè)計，從而得出相關(guān)的制作測量工藝設(shè)計，最終生產(chǎn)出目標產(chǎn)品。

2.1 集成軟件的運用

目前的商品化的CAD 集成系統(tǒng)軟件是比較多的，在進行逆向工程技術(shù)的實施時，要選擇適合的集成系統(tǒng)軟件。利用CAD 進行逆向設(shè)計的主要內(nèi)容，包括數(shù)字化點的輸入與處理，其主要是數(shù)字化點數(shù)據(jù)的相應(yīng)變化處理，以及相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入；構(gòu)造模型的相關(guān)特征，并對二次曲面的區(qū)域進行劃分；針對相關(guān)點云數(shù)據(jù)對實物的三維模型進行確立；零件通過云測試后，生成具體的實物模型；制造模具并對其進行優(yōu)化處理。

2.2 三維數(shù)據(jù)的采集

近幾年來，激光技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，在逆向工程技術(shù)的應(yīng)用中，可以充分運用激光的超強定性在掃描過程中，通過非接觸式測量方法（光柵法、全息法、深度圖象三維測量法、激光三角法等）的使用在實物掃描中，這樣可以很好地克服由于機械接觸式測量存在的許多的系統(tǒng)誤差，將逆向工程技術(shù)的運用發(fā)展提升到一個新的高度。

2.3 相關(guān)實物零件的幾何建模

逆向工程技術(shù)應(yīng)用的最關(guān)鍵一步，就是零件實物的幾何建模。說白了，相應(yīng)數(shù)據(jù)的處理過程就是幾何建模過程。其目的在于獲取所輸入在其中的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)信息特征。

幾何模型建立的好壞，是由曲面以及其連接處的光滑程度，還有模型與實物零件的擬合相似度來決定的。幾何建模的通用的具體手段，主要有據(jù)調(diào)整、復(fù)制、區(qū)域修剪、數(shù)據(jù)密度修改、數(shù)據(jù)光順、噪音去除、尖角保留等等，可以使用這些手段來獲取圖像的具體形態(tài)。

2.4 模型的數(shù)字化檢測

零件加工成型后，先對零件進行相關(guān)的掃描與測量，然后采用逆向工程技術(shù)對CAD 模型進行構(gòu)建，將此模型與相關(guān)的計算機數(shù)據(jù)比較，從而排除誤差，提高整個檢測過程的精確度。

3 逆向工程技術(shù)模具設(shè)計制造應(yīng)用

在當(dāng)今現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)工程中，超過一半的工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)需要模具的使用。近年來，逆向工程技術(shù)在模具的相應(yīng)設(shè)計制造，漸漸地普及起來。

3.1 定型模具

在模具的整個制造工程中，往往為了最終取得符合要求的模具，最初設(shè)計的模具型面都是要經(jīng)過一定的反復(fù)修改過程的。但是這些改變，卻未能及時地反應(yīng)在最初的CAD 模型上。此刻，就需要借助逆向工程技術(shù)中的CAD 模型重建功能，以及表面數(shù)字化來進行制造過程中的設(shè)計模型的修改變更。在模具的重復(fù)生產(chǎn)中，可以使用這種備用的模型，來完成整個產(chǎn)品的有效加工，從而在根本上降低模具的生產(chǎn)成本，提高其生產(chǎn)率。

3.2 制造模具

通過逆向工程技術(shù)的具體使用，根據(jù)實物零件的相應(yīng)數(shù)字化點云構(gòu)造其數(shù)模，然后生成具體的實體模型，并對這個生成的數(shù)模，進行工藝處理分析，總結(jié)歸納出合適詳細的模具相關(guān)設(shè)計的方案措施，從而達成以CAD 三維技術(shù)為基礎(chǔ)的模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.3 創(chuàng)新模具

通過逆向工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用，配合相關(guān)的仿真模擬技術(shù)，來對模具進行創(chuàng)新生產(chǎn)設(shè)計。這樣做是在技術(shù)創(chuàng)新過程，應(yīng)用了相應(yīng)的科技手段，對國家發(fā)展的長遠要求很是適應(yīng)。

相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)該將逆向工程技術(shù)與仿真模擬技術(shù)，有效完美地融合起來，在對原有實物零件模型的深入了解后，加入自己的創(chuàng)新思維設(shè)計產(chǎn)品，使其產(chǎn)品擁有了獨立知識產(chǎn)權(quán)。逆向工程技術(shù)給予模具創(chuàng)新的快速發(fā)展，是功不可沒的，使得相關(guān)人員能夠在前輩的基礎(chǔ)上，進行提升產(chǎn)品的層次與水平，通過反復(fù)試驗與優(yōu)化修改來進行模具的創(chuàng)新，這是我國模具行業(yè)自主創(chuàng)造能力提升的必經(jīng)過程。

3.4 修復(fù)模具

有些模具的制造周期長，相關(guān)生產(chǎn)成本很高，一旦出現(xiàn)磨損以及損壞，就會造成極大的資源流失與經(jīng)濟損失，所以模具的修復(fù)還原技術(shù)日益受到關(guān)注，其重要性不容忽視。

模具修復(fù)就是利用材料、熱處理、激光焊接或刷焊、數(shù)控加工和表面工程等技術(shù)，實現(xiàn)模具的物理修復(fù)。但是，現(xiàn)在常出現(xiàn)的狀況，就是由于缺少科學(xué)的指導(dǎo)方法與評價標準，使得模具修復(fù)過程不完美，嚴重的甚至造成模具的報廢。

逆向工程技術(shù)的在模具修復(fù)工作中，有著關(guān)鍵性的作用。通過逆向工程技術(shù)的具體應(yīng)用，在很大程度上降低了模具修復(fù)的成本以及壓力強度，從而在根本上提高了模具的使用成本。修復(fù)的成本和強度，提高模具的使用壽命。逆向工程技術(shù)可以使模具修復(fù)更加有效地實施，增強模具修復(fù)的品質(zhì)，提高模具修復(fù)的效率，從而達到快速修復(fù)模具的目的。

4 逆向工程技術(shù)工作中應(yīng)注意的問題

在產(chǎn)品的實際設(shè)計中，逆向工程技術(shù)中所應(yīng)用的部分軟件，仍然存在一定的局限性，在具體的機械設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域中，其局限性集中表現(xiàn)為軟件不夠智能化、點云數(shù)據(jù)的處理分析過程薄弱，現(xiàn)今的逆向工程技術(shù)應(yīng)用，建模中主要依靠的還是人工，這就導(dǎo)致相關(guān)設(shè)計的精確度不高，集成化程度也是很低的。這些問題亟待解決與提高，并需要加以分析研究，努力改進。

5 結(jié)束語

綜上可知，逆向工程技術(shù)主要是在相應(yīng)的實物測量基礎(chǔ)上來進行有效地反求建模，同時結(jié)合CAD軟件來實現(xiàn)模具的快速構(gòu)模以及分析、制作，最終得到性能優(yōu)良的模具產(chǎn)品。在其他相關(guān)領(lǐng)域，逆向工程技術(shù)有著非常重要的應(yīng)用價值。因此，可以知道逆向工程技術(shù)掀起了模具設(shè)計制造的新潮，其必將為我國的模具行業(yè)發(fā)展添磚加瓦。

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