陶瓷模具CAD/CAM制造技术

2011-03-06徐连强吴迎春张家骅

中国陶瓷工业 2011年4期

徐连强吴迎春张家骅

（无锡工艺职业技术学院，江苏宜兴214206）

0前言

传统陶瓷模具一般包括石膏模具、塑料模具、金属模具，其中以石膏模具最多，塑料模具次之。传统的做法是由人工凭经验和感觉制作，一般有由人工根据产品设计图样，采用手工方法雕琢制造种模，然后按种模一窝子模一母模一工作模的顺序，通过浇注最后得到生产用的工作模[1]。过程漫长且复杂，无法适应日益激烈的市场竞争。

1 CAD/CAM制造技术

通过快速成型技术，研究从陶瓷原型数据扫描—数据处理—快速成型机打印模型；通过逆向工程技术，把经过处理的扫描数据导入UG文件，生成模具型腔或者实体NC加工代码，在数控机床上加工出模具型腔；也可以直接在三维建模软件中设计出实体，生成NC加工代码和后置处理，在数控制车床上加工出工作母模。工作流程图如图1所示。

2 应用案例

以紫砂壶为例，通过逆向工程方法，加工一个茶壶工作母模，茶壶原型如图2所示。

2.1 数据采集

把紫砂壶放在一个平整、视眼开阔的桌面上，用专业的数据线连接扫描仪和电脑，调整扫描仪焦距，扫描紫砂壶实物如图3，扫描过程中不，注意特征点的选取，避免合并时出现数据交叉重叠。

图1 CAD/CAM制造工作流程图Fig.1 The CAD/CAM based design and manufacture process

图4 点云阶段Fig.4 Point cloud phase

图5 多边形阶段Fig.5 Polygon phase

图8 粗加工模拟刀轨Fig.8 Simulated rough machining toolpath

图6 NURBS曲面Fig.6 NURBS curve fitting

图7 UG加工流程图Fig.7 UG-based processing

2.2 数据处理

把扫描数据导入geomagic软件，Geomagic由美国Raindrop（雨滴）公司出品的逆向工程和三维检测软件，Geomagic数据处理包括点云阶段、多边形阶段和形状阶段曲面等三个阶段。

2.2.1 点云阶段

这阶段要做的是对点云进行去除孤点、降低噪音、统一采样及封装等编辑，是对点的质量与数量进行处理（图4）。

2.2.2 多边形阶段

此阶段为三角面片阶段，对表面进行光顺处理、补洞、祛除表面特征、边界调整、改变多边形面、创建路径及特征等操作（图5），是建模重要阶段。抽壳后以STL文件格式保存，然后导入快速成型机，打印出树脂或者金属材料的工作母模。由于陶瓷烧成之后有收缩，根据陶瓷收缩率，对产品进行放尺，快速成型机打印时可以缩放比例，改变打印模型形状大小。

2.2.3 形状阶段

曲面重构是逆向工程的重要阶段，在Geomagic中则是根据编辑好的多边形数据自动拟合成NURBS曲面。采用Geomagic软件拟合曲面功能，软件将根据在多边形阶段提取设定的特征和编辑的曲面片自动拟合成NURBS曲面（图6）。根据陶瓷收缩率，在geomagic中对产品进行放大一定比例。最后将文件以*IGES格式导入UG。