在產(chǎn)品的開發(fā)和制造過程中，許多產(chǎn)品并非由CAD模型描述。設(shè)計和制造者面對的是實物樣件，有時甚至可能連參考的圖紙也沒有，而客戶還要求對樣件進行優(yōu)化改進。為了適應先進制造技術(shù)的發(fā)展。需要將這些實物轉(zhuǎn)化為CAD模型。使之能利用CAD/CAM、RPM、CIMS及PDM等先進技術(shù)進行處理或管理。逆向工程是通過各種測量手段及三維幾何建模方法，對原有實物模型進行幾何形狀的反求，重新建立實物的三維數(shù)字化模型。從而實現(xiàn)產(chǎn)品模具的設(shè)計與制造。

　　傳統(tǒng)模具的設(shè)計制造方法

　　模具的傳統(tǒng)制造方法一般是使用立體雕刻機或液壓三次元靠模銑床制作出成等比例的模具，再進行生產(chǎn)。這種方法無法建立產(chǎn)品尺寸圖檔，也無法對產(chǎn)品進行修改，而且此類方法手工修模量大，間隙不均勻。需反復修模試模，質(zhì)量不穩(wěn)定，加工周期長，對后期的數(shù)控加工及檢驗均帶來很大的困難。由于實物鑄造模型本身所存在的收縮及偏差，此類模具所得樣件不可避免地存在缺陷。有時也會利用實物樣件直接進行仿形加工，而仿形則會將樣件上的損壞或磨損等缺陷全部復制到模具上，其最終產(chǎn)品也繼承了樣件的全部缺點，造成產(chǎn)品的外觀性差、尺寸精度及使用性能達不到要求。尤其重要的是傳統(tǒng)方法所生成的模具型腔不具備修改性及重新設(shè)計的能力，因此此類方法已漸漸為新型數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。

　　基于CAD/CAM系統(tǒng)的模具設(shè)計制造方法

　　采用CAD/CAM—體化技術(shù)可有效地改善傳統(tǒng)方法的不足，由CAD建立的產(chǎn)品模型可以直接生成數(shù)控指令。通過DNC接口實現(xiàn)與機床間的數(shù)據(jù)通訊，使生產(chǎn)中由用外形模擬傳遞改變?yōu)橛脭?shù)據(jù)傳遞，使設(shè)計與制造環(huán)節(jié)直接溝通。而且可以在CAD系統(tǒng)中進行外觀分析、產(chǎn)品裝配、檢查配合部件的干涉，對數(shù)控加工過程進行仿真，檢查加工過程和干涉，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計和修改。可以大大降低手工修模量，縮短新產(chǎn)品研制周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　　逆向工程技術(shù)主要包括兩方面內(nèi)容：數(shù)字化技術(shù)和曲面重構(gòu)技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)是利用三維掃描測量儀采集實物或模型表面數(shù)據(jù);曲面重建技術(shù)是根據(jù)測量所得到的幾何表面的一系列點數(shù)據(jù)，構(gòu)造出型體曲線、曲面，最終重構(gòu)三維模型。

　　逆向設(shè)計方法及過程

　　1 CAD/CAM軟件選擇

　　目前功能較為完善的商品化CAD/CAM集成系統(tǒng)軟件較多，現(xiàn)選擇Imageware公司的Surfacer及PTC公司的Pro/E進行逆向設(shè)計，具體內(nèi)容包括：

①數(shù)字化點的輸入與處理，包括數(shù)據(jù)輸入與數(shù)字化點數(shù)據(jù)的變換與處理;

②劃分出二次曲面的區(qū)域。構(gòu)造模型特征;

③針對處理完成的點云數(shù)據(jù)，建立零件的三維造型;

④零件三維造型和實測點云的檢測;

⑤生成零件的壓鑄模實體模型;

⑥模具的制造及優(yōu)化處理

　　2 三維數(shù)據(jù)采集

　　為了方便零件的掃描和保證掃描的精確性，需對零件做必要的前期準備，如貼參考點、物體表面噴涂顯像劑和儀器與軟件校準等。在此選用三維光掃描抄數(shù)系統(tǒng)，通過被測物體上的標記特征來完成數(shù)據(jù)的自動拼合，直接從掃描頭得到三維測量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用全新的自定位技術(shù)，掃描方式為十字型激光掃描，測量精度為0.1mm/0.5m，實時完成數(shù)據(jù)處理，直接生成三角面，以.stl格式數(shù)據(jù)輸出，保證無冗余數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)重疊。使用三維激光掃描系統(tǒng)對零件整個部分多個角度的不同方位進行掃描。掃描完成后，經(jīng)過點云對齊、三角化、光順和稀化，得到的零件外形點云文件。接下來輸出*.stl文件，以便Imageware軟件對點云進行后序處理。

　　3 三維幾何建模

　　幾何建模是逆向工程的關(guān)鍵，構(gòu)建曲面是幾何建模的關(guān)鍵。建模的過程也就是對數(shù)據(jù)進行處理的過程。數(shù)據(jù)處理的目的是獲得輸入數(shù)據(jù)的基本特征信息，其通用的手段主要有數(shù)據(jù)調(diào)整、區(qū)域修剪、數(shù)據(jù)密度修改、數(shù)據(jù)光順、雜點去除、尖角保留等，從而得到所需的圖形。

　　用Imageware軟件調(diào)入掃描所得點云文件，并依據(jù)點云的特征。做出一些輔助的基準，以便把零件點云進行方位對齊，為提取截面線做準備。點云數(shù)據(jù)中含有許多雜點，因此需把雜點過濾掉，并對點云數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)清理、補齊遺失點等優(yōu)化處理，刪除不必要的數(shù)據(jù)點，適當降低點云的密度，可以加快計算機處理的速度，構(gòu)建零件對稱基準面等。

　　特征線的提取是整個模型重構(gòu)的關(guān)鍵。根據(jù)零件的外形特點，劃分出二次曲面的區(qū)域，如內(nèi)孔、凹槽、平面、圓柱面等。并對零件點云進行分割，把這些二次曲面擬合構(gòu)造內(nèi)孔、凹槽、平面或圓柱面，也可直接做出特征。平面可以用三點或兩相交直線來確定，孔或圓柱面則以截面線和矢量來確定.通過測量實體模型并結(jié)合掃描數(shù)據(jù)生成。對于自由曲面.需構(gòu)造出曲面的特征線。先對零件點云做出必要截面線，然后剔除截面點云的雜點進行必要的光順，最后把截面點云擬合成曲線，以便構(gòu)造自由曲面。

　　打開Pro/E軟件，針對處理完成的點云數(shù)據(jù)，通過刨建曲面、曲面編輯得到完整曲面，并進行布爾運算，在Pro/PART模塊下完成零件的三維實體造型。

　　完成零件的三維造型后，將利用Pro/E軟件重構(gòu)的三維造型讀入Imageware軟件中。比較分析最終重構(gòu)的三維造型和掃描的點云之間的偏差，通過使用云圖將差異顯示出來，分析曲面與點云之間的差異值，從而檢測逆向掃描測量的精確性。

　　建立零件的三維模型后，針對零件上需加工的部位增加1.5m左右的加工余量，將孔位封起。壓鑄模實體模型還要考慮收縮率，一般為5‰，運用Pro/E可以自動增加收縮率，也可通過改變比例來實現(xiàn)。進行外觀修整，如圓角、倒角、拔模角等處理后，得到零件壓鑄模實體模型，如圖5所示。

　　4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造

　　壓鑄模實體模型建成后，可進一步作模具分型設(shè)計，生成型模凹槽、側(cè)抽及鑲件等，以便進行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計：

①推出機構(gòu)設(shè)計;

②溢流槽、排氣口設(shè)計;

③澆口、流道設(shè)計;

④抽芯機構(gòu)及位設(shè)計;

⑤模具常規(guī)零件設(shè)計等。

    應用Pro/E軟件的Assmbly和Modei模塊進行模具設(shè)計，生成模具的型芯和型腔。使用干涉檢測，仿真靠模開起順序。運用Pro/E所提供的加工模塊Pro/Manufacturing對模具型腔進行處理，將壓鑄模實體模型匯入Pro/E軟件的Manufacturing模塊中進行NC加工程序的制作，生成粗精加工程序。由于數(shù)控機床的加工過程中要避免使機床發(fā)生碰撞，同時還需避免產(chǎn)生過切或錯誤的刀具軌跡，為此須進行刀位驗證，來判斷刀具軌跡是否連續(xù)、進退刀、走刀路線是否合理。加工過程的動態(tài)圖形仿真驗證采用實體造型技術(shù)建立零件的毛坯、夾具和刀具在加工過程中的實體模型，使用快速布爾運算。最后采用真實感圖形顯示技術(shù)，把加工過程動態(tài)地顯示出來，動態(tài)仿真顯示刀具加工軌跡。將生成NC加工的G代碼輸入三軸(或五軸)加工中心對模具進行加工;對模具電極進行處理，生成電極加工程序，對模具電極進行加工等。

　　5 模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化及改進

　　使用陶瓷模精密鑄造方法通過增加2.2%尺寸增加率所得的主模型(蠟型成型模)-射蠟-組樹-沾漿與淋砂-脫蠟與燒成，再進行澆注，得到零件鑄造毛坯。將前面創(chuàng)建好的在Pro/E軟件中完成的三維造型匯入Pro/E的Manufacturing模塊，建立新的Pro/NC文件，對毛坯進行加工。根據(jù)加工結(jié)果與零件的三維數(shù)據(jù)進行比對，針對比對結(jié)果對模具相對特征部位進行有效改進和處理，使修改后所加工的產(chǎn)品更加符合客戶要求。