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前言 

煤礦機械產品是煤礦的核心設備，其性能和質量直接影響著煤礦的生產和安全。而煤礦特殊的工作環境又要求機械產品具有很強的適應能力，因此各種防護裝置在煤礦機械產品中被大量應用。 

在防護罩的設計和制造過程中常常面對的是實物樣件，而不是現成的CAD模型。這就需要通過一定的途徑把這些實物模型轉化為CAD模型，再利用它進行模具開發。目前這種從實物樣件出發獲得產品的數學模型技術己經成為CAD/CAM中一個相對獨立的范疇，稱為逆向工程(reverse engineering)。而基于逆向工程的產品快速模具設計也已經成為企業縮短開發周期、降低成本的重要手段。

1 基于逆向工程的快速模具設計主要流程

使用逆向工程技術進行快速產品模具設計主要流程如圖1所示。

圖1 基于逆向工程的快速模具設計流程

從上述過程可以看出，基于逆向工程的快速模具設計中關鍵技術有以下3個方面：

(1)逆向工程中三坐標技術測量

現有的數據測量方法主要分為三大類：接觸式測量、非接觸式測量、逐層掃描測量。其中接觸式測量精度高，但是效率低，對于一些易變形件無法測量；非接觸式測量效率高，可以排除摩擦所產生的誤差，但是精度相對稍低;逐層掃描測量主要應用在產品內部掃描的場合，對于一般的產品非接觸式測量方法使用最為普遍。

(2)產品的曲面重建技術

根據曲面的數據采集信息來恢復原始曲面的幾何模型，稱為曲面重構。在逆向工程中，主要有2種曲面構造方法:以B樣條或NURBS曲面為基礎的曲面構造方案；以三角Bezier曲面為基礎的曲面構造方案�，F在成熟的逆向工程軟件進行曲面重構的步驟一般是點云數據處理、數據三角化、曲線擬合和曲面構建。

(3)注塑CAE分析

在注塑成型過程中，塑料在型腔中的流動和成型，與材料的性能、制品的形狀尺寸、成型溫度、成型速度、成型壓力、成型時間、型腔表面情況和模具設計等一系列因素有關。因此，在新產品模具設計的過程中，可以通過注塑成型分析，發現設計存在的缺陷，從而保證模具設計的合理性，提高模具的一次試模成功率，降低企業生產成本。

2 防護罩模具設計

現在以某工程設備的防護罩為例說明逆向工程在快速模具設計上的應用。

(1)防護罩數字掃描

防護罩是帶有自由曲面的異形件，測量的關鍵在于自由曲面的測量。在實際的測量中使用了美國FARO公司的激光掃描儀對防護罩進行測量。

在測量時為了得到準確的產品邊界，多測量了防護罩下的墊塊，這樣可為后面的CAD模型重建提供了參考。

(2)防護罩的CAD模型重構

防護罩CAD重建的關鍵在于曲面的重構以及防護罩上孔、槽特征創建。在設計時首先對所獲得的數據點云進行處理，去噪、剔除雜點、數據插補和數據平滑等處理，接著對數據進行分割，把屬于同一類型的數據點劃分到同一區域。對劃分的區域選取特征截面、建立特征線、建立特征線網格，再對網格線進行光順，最后由曲線擬合曲面。

(3)防護罩注塑CAE分析

注塑成型CAE分析的內容和結果為模具設計和制造提供可靠、優化的參考數據，其中主要包括澆注系統的平衡、澆口的數量、位置和大小，模腔內溫度和壓力的變化等。

利用MOLDFLOW軟件對防護罩注塑過程進行分析，找出了最佳注塑位置以及壓力變化的規律。

(4)防護罩注塑模設計

在CAE分析的基礎上進行相應的模具設計。在澆注位置的選擇上，選擇了防護罩的外沿而不是圖4(a)的最佳澆注位置(防護罩的中部)，這主要是方便澆注系統的設計和簡化模具結構。在防護罩側孔的側抽芯機構的設計中，采用了內置式的斜導柱抽芯機構。在開模抽芯的時候，利用彈簧2的回復力推動滑塊3進行側抽芯。這種內置式的側抽芯機構方便可靠，而且在模具的外部不會有任何痕跡。圖6為模具的主剖視圖。

模具側剖視圖

模具主視圖

結語

逆向工程技術應用于產品的模具設計，不但縮短了模具的設計制造周期，而且大大地降低了模具的生產成本，保證了模具的加工質量，提高了數控設備利用率，實現了模具的快速制造。