内衣模杯成形模具的数字化制造研究

李铁钢

(沈阳工程学院 机械学院，辽宁 沈阳 110136)

内衣模杯成形模具的数字化制造研究

李铁钢

(沈阳工程学院 机械学院，辽宁 沈阳 110136)

针对内衣模杯成形模具的设计制造问题，提出了基于Geomagic和VISI软件的数字化制造方法。通过对建模设计和制造的体系结构流程进行研究，阐述了利用Geomagic进行数据采集、数据处理、模型重构和产品品质分析的方法，叙述了利用VISI进行模具设计和数控加工程序编制的技术，并利用实例验证了该方法的可行性。

模杯；逆向工程；数控加工；Geomagic；VISI

近几年，模杯型文胸促进了整个内衣行业的发展，即罩杯通过模压工艺，在一定的温度、时间和压力的作用下成形，不用进行罩杯各部分的缝合，使制作工艺简单化。此外，模杯的造型和曲线能够模仿女性本身的身体曲线，这不仅对乳房起到支撑、保护的作用，也使胸型看上去更美观，突显女性的形体美，使得女性对自己胸部的修饰有了更多的选择[1-2]。

研制文胸时，模杯新产品由样板房试制、测试和评价，需要手工修形，在生产线上根据测试成功的样件设计模具，然后进行产品的批量生产。因此，需要根据实际样件情况进行模具的数字化设计与制造。

Geomagic studio是典型的逆向工程设计软件，具有扫描三维数据功能，将先进得扫描技术和直接建模技术融为一体，可创建出制造模型。

英国VERO 公司的VISI软件是世界模具业公认的领先的CAD/CAM 解决方案，具有独特而完整的应用组合，包括线架构、曲面及实体建模，全面的2D 和3D 加工策略以及专业的模具设计工具，可以进行注塑模具的数字化设计和智能编程加工[3-4]。所以，针对模杯模具的数字化制造问题，可以利用VISI和Geomagic studio软件研究产品的逆向建模和数控加工等关键技术。

1 建模和制造流程

模杯模具建模和制造流程如图1所示，包括数据采样测量、Geomagic曲面重构、VISI建模编程和模具制造等步骤。

2 模杯逆向建模

数据采样形式分为两种，即接触式和非接触式。接触式测量的典型方式是数控三坐标测量法，该方法测量精度高，但需要使用测头去接触被测工件，对工作环境要求较高；非接触式测量的典型方式是利用三维扫描仪，将CCD摄像机获得的影像像素进行处理，得到轮廓的点云数据[5]。

图1 建模和制造流程

原形模杯的外轮廓尺寸为200×200×80，材料为海绵，手工画出12个标记点，使用Z+F 5010C三维激光扫描仪测量，图样采集时间在0.01～0.3 s内。

利用Geomagic Studio 2013软件打开三维扫描仪测量的扫描数据点，需要对点云数据进行拼接、整理、噪声减少和采样等操作。选择体外孤点的控制阈值为85，去除模型外的孤点，得到点云的数据偏差为0.051 mm。利用噪音减少功能对点云进行噪音去除，分析得到的点云数据有2 359 078个点，数据量大，采用统一采样法进行数据简化，使点间的距离为0.02～0.3,设置曲率优先等级为最大，采样后数据变为1 245 258个点，将点云进行封装，粗略生成三角曲面片。而后,通过菜单操作删除非流形三角面片，删除钉状物，进行孔洞修复操作，对生成的网格进行光顺和网格松弛处理等操作。

由于模杯曲面并不是规则曲面，因此在Geomagic Studio中通过生成三角网格来进行精确曲面重构[6]。曲面重构时，首先通过探索轮廓线命令自动探索轮廓并抽取初始轮廓线，然后构造曲面片，最后对构造的曲面片进行栅格化和拟合处理，构造出的模杯曲面如图2所示。

图2 曲面

利用Geomagic Qualify将生成的曲面与原始的测量数据点进行比较，通过最佳拟合对齐方式进行自动对齐，对曲面品质进行分析，得到重购后的最大偏差为0.5 mm，最小偏差为-0.1 mm，平均偏差为0.1 mm，标准偏差为0.023 mm。整体上处于平均偏差范围内，满足了设计和制造的精度要求。将曲面保存为IGES文件，为进一步的VISI软件设计和制造做好准备。

3 模具设计和编程

在VISI中打开经过逆向处理生成的曲面片IGES文件，利用实体建模的偏移功能偏移1.0 mm，生成模杯的三维实体模型，如图3所示。

图3 实体模型

选择分模面，制作的热压成型模具如图4所示。

利用VISI的CAM编制数控加工程序，选择的机床为山东海特的VMC850立式加工中心，机床数控系统为FANUC-0I MD，机床工作台尺寸长度为1 060 mm，宽度为500 mm，X轴的行程为900 mm，Y轴行程为500 mm，Z轴行程为550 mm，刀库容量为24把，主轴最大转速为8 000 r/min，最大进给速度为5 000 mm/min，最大快进速度为24 m/min。制定的加工工艺简明流程如表1所示。

图4 模具

加工内容机床刀具余量/mm下料VMC850D30R03铣六面VMC850D30R00粗铣上模VMC850D20R100.5半精铣上模VMC850D16R80精铣上模VMC850D10R50粗铣下模VMC850D20R100.5半精铣下模VMC850D16R80精铣下模VMC850D10R50

VISI的数控编程流程如图5所示。

4 结 论

模具加工完成后装配为成品，测试热压性能，得到了合格的模杯。

图5 数控编程流程

Geomagic是高效的逆向工程软件，可以方便地进行点云数据的处理，生成符合要求的被测零件的曲面。

VISI是智能化的模具设计和制造软件，具有模具分析、设计和制造功能，可以极大地提高模具设计和数控加工制造程序编制的效率。

通过Geomagic和VISI软件的联合使用，减少了设计和制造的工作量，提高了设计和制造的质量，缩短了产品的设计和制造周期。

[1]李 勇.文胸模杯生产技术[J].西安工程大学学报，2012，26(6)：714-718.

[2]王双虎，丁亚茹.基于三维人体测量的文胸模杯定制系统研究[J].国际纺织导报，2014(12)：51-58.

[3]杨 鹏，赵志忠.基于VISI-Progress的级进模3D设计[J].辽宁工业大学学报：自然科学版，2016，36(3)：203-206.

[4]李铁钢.基于UG和VERICUT的车铣复合加工[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2013，9(1)：81-84.

[5]郭恒亚，黄 明，李红莉.基于Imageware和UG技术的逆向曲面重构及模具设计方法[J].工程塑料应用，2015，43(1)：76-79.

[6]史皓良，吴禄慎.基于Geomagic软件的钢轨弹条的逆向建模及误差分析[J].南昌大学学报：工科版，2016，38(1)：55-59.

(责任编辑 张 凯 校对 佟金锴)

Digital machining Technology Research of Mould for Bra Cup

LI Tie-gang

(Mechanical School，Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136，Liaoning Province)

In terms of the issues of design and machining for bra cup,brought forward a digital machining method based on Geomagic and VISI software.The flowchart of modeling design and machining were presented， By Using Geomagic software,the method of data acquisition,data processing,model reconstructing and quantity analysis were recommended,the technology of mold design and CNC machining programming was proposed in this article.Then an example of application was presented.

Bra cup; reverse engineering; CNC machining; Geomagic; VISI

2016-10-08

辽宁省教育厅科学技术研究一般项目(L201606)

李铁钢(1973-)，男，辽宁沈阳人，副教授，硕士。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.01.015

TP391

A

1673-1603(2017)01-0082-03