【摘要】介紹應(yīng)用Cimatron 軟件進(jìn)行汽車排氣管逆向工程設(shè)計(jì)的具體步驟，強(qiáng)調(diào)了逆向工程在現(xiàn)代制造技術(shù)中的地位及重要性。
關(guān)鍵詞：逆向工程 CAD 三坐標(biāo)測量機(jī) 快速分模
一 、引言
逆向工程通常執(zhí)行模型的仿制、開發(fā)工作?；谠突?qū)嵨锏哪嫦蚬こ桃蚱淇旖莸拈_發(fā)方式，極大地縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，因而在設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域有著廣泛的技術(shù)需求。特別是對(duì)于沒有原始幾何信息的零件，逆向工程是完成零件精確幾何造型的唯一手段，因而在模具設(shè)計(jì)和制造中成為技術(shù)熱點(diǎn)。同時(shí)由于逆向工程能夠提供原始產(chǎn)品的主要外形特征，進(jìn)而對(duì)其幾何外形進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速改形，能夠滿足系列化、多樣化的要求。傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機(jī)或靠模銑床，制作出1：1等比例的模具，再進(jìn)行批量生產(chǎn)。這種復(fù)制方式無法建立工件尺寸的圖形文件，也無法做任何外形修改，因此已為數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。目前所稱的逆向工程是針對(duì)現(xiàn)有工件，利用3D數(shù)字化測量儀器準(zhǔn)確、快速測量工件的表面點(diǎn)數(shù)據(jù)或輪廓線條，并加以創(chuàng)建曲面、分模、加工，制作所需模具；或由CAD系統(tǒng)生成的STL模型文件傳至快速成型機(jī)（RAPID PROTOTYPING MACHINE），將樣品模型制作出來，直至達(dá)到滿意效果。在許多逆向工程應(yīng)用實(shí)例中，并不是要完全仿制原有的產(chǎn)品，而只是要掌握原有的設(shè)計(jì)理念，經(jīng)過調(diào)整來建立一個(gè)類似的設(shè)計(jì)模型，因此逆向工程所涵蓋的意義不只是重制（RE-MANUFACTURING），也包括了再設(shè)計(jì)（RE-DESIGN），其過程如圖1所示。
本文以CimatronCAD/CAM軟件在汽車排氣管逆向工程中的應(yīng)用為例介紹逆向工程具體實(shí)施步驟。
二 、分析原型
如圖2所示的汽車排氣管，外形復(fù)雜，曲面變化較大且不規(guī)則，要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在三坐標(biāo)測量機(jī)上方法很多，但是數(shù)據(jù)的采集方案要符合造型的思路，否則很難實(shí)現(xiàn)零件的精確再現(xiàn)。
根據(jù)排氣管的幾何形狀，可以看出盡管排氣管表面完全是無規(guī)則的空間曲面，但整個(gè)幾何形狀卻是由排氣管輪廓曲線及可變截面輪廓線來控制的。這樣就可以通過變截面掃描物體的方法來創(chuàng)建排氣管的曲面模型。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是采集的數(shù)據(jù)少，造型時(shí)，幾何模型表面光滑，有利于濾掉測量過程中產(chǎn)生的隨機(jī)擾動(dòng)和原始零件固有的缺陷。當(dāng)然也可以對(duì)排氣管表面分層進(jìn)行截面輪廓測量，但是這種方法數(shù)據(jù)采集工作量大，所需的曲線處理的工作量也很大，而且通過這些曲線所創(chuàng)建的曲面上會(huì)存在明顯的凸凹不平的光滑波紋，效果很不理想，本次測量采用第一種方法。
對(duì)圖2所示模型分兩次裝卡進(jìn)行測量，圖3-a 為第一次裝卡所測數(shù)據(jù)點(diǎn)，圖3- b、3-c為第二次裝卡所測數(shù)據(jù)點(diǎn)。在保證坐標(biāo)原點(diǎn)相同條件下測得輪廓及表面特征數(shù)據(jù)點(diǎn),如圖3所示。
三、 CAD曲面造型
將三坐標(biāo)測得的以上數(shù)據(jù)點(diǎn)分別以igs格式存檔，在Cimatron CAD造型環(huán)境中對(duì)各數(shù)據(jù)點(diǎn)文件進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)保證坐標(biāo)原點(diǎn)及坐標(biāo)軸向一致,然后進(jìn)入Cimatron逆向工程軟件Re-Eng環(huán)境中，調(diào)入各數(shù)據(jù)點(diǎn)文件，確定斷點(diǎn)后完成數(shù)據(jù)點(diǎn)文件的合并，然后返回Cimatron CAD造型環(huán)境中進(jìn)行編輯，將這些分散的點(diǎn)連成SPLINE曲線，用BLEND功能將SPLINE曲線構(gòu)成曲面，得到如圖4圖形。內(nèi)腔采用等壁厚處理，經(jīng)過光順處理后得到圖2數(shù)字產(chǎn)品模型，該數(shù)字產(chǎn)品模型經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后可供快速成型機(jī)使用.
四、 快速分模
將圖2所示的數(shù)字產(chǎn)品模型進(jìn)入Cimatron快速分模軟件QUICK-SPLIT進(jìn)行型芯、型腔的設(shè)計(jì)。由于汽車排氣管為鑄造件，所以要考慮鑄件的收縮比。分模方向如圖5所示。經(jīng)分模后的圖形退出快速分模軟件進(jìn)入曲面CAD環(huán)境時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生分模線，根據(jù)已有的分模線快速生成分模曲面，該方法可以非常靈活地處理模型的曲面信息，可對(duì)計(jì)算精度進(jìn)行細(xì)調(diào)，最后經(jīng)編輯、整理形成最終設(shè)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行NC加工后可得到理想的上、下模及形芯。
圖 5 快速分模成型圖
五、結(jié)論
逆向工程一般是通過三坐標(biāo)測量機(jī)或激光掃描機(jī)等數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取復(fù)雜零件的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)而利用反求軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)處理，實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)à線à面的CAD三維模型設(shè)計(jì),由此可見，逆向工程主要包含兩項(xiàng)內(nèi)容，一是實(shí)物模型表面數(shù)據(jù)點(diǎn)的獲取，即數(shù)字化技術(shù)，二是曲面造型技術(shù)。逆向工程技術(shù)與NC加工技術(shù)或RP技術(shù)相結(jié)合能使企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、研制周期大大縮短，為新產(chǎn)品進(jìn)入市場創(chuàng)造先機(jī)，為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，所以逆向工程技術(shù)深受制造業(yè)的重視。
（轉(zhuǎn)載）
