论文部分内容阅读
摘要目前仿形加工技术已经非常成熟，仿形铣床、加工中心、三维坐标测量设备，三维扫描设备和各种中高端软件等的运用，更使仿形技术如虎添翼，但是对于某些仿形或者在缺少某些特有设备的情况下，如何进行仿形设计和加工呢？本文现结合实例介绍一种简易的仿形设计技术及方法。
关键词仿形 模具 CAXAMasterCAM
中图分类号：S611文献标识码： A
1．引言
该零件是一个字牌，其上有图案且字体为非标字体，材料为08F，料厚为2mm，如图1所示：
此零件字体和图案均为阳文（向上凸出），凸起0.5mm。客户仅提供一个样品件，没有图纸资料，且要求制件与样品误差小于等于0.8mm，图案数字棱角分明，后三位数字设计为活动字头，小批量生产800件。如何对这些图案和非标字体进行仿形呢？如何保障客户的要求呢？以下就是详述。
2．工艺分析
该零件长度和宽度很容易用游标卡尺测得，深度由深度尺测量，难点就在于图案和数字的测量。数字为非标字体，难以从标准字库中提取，图案和数字的位置尺寸不便确定。因图案、数字轮廓精细，棱角明晰，凸出仅0.5mm，仿形铣床无法胜任，我单位也没有坐标测量设备，即使有，测量坐标也比较烦琐。
考虑到以上因素，我决定采用如下工艺过程进行大胆试制：铅笔拓印 图象扫描3ds max处理 CAXA电子图版处理MasterCAM数控程序编制及后处理数控加工
2.1 工序1（铅笔拓印）
将一张薄而硬的白色纸张（打印纸也可以）蒙到样品上，用铅笔拓印出图案和数字，以及样品外轮廓。注意拓印时纸张要垫平，固定好，不可错位，拓印需突出线条，其他部分不用多着墨，如图2 。用硬一点的毛刷蘸适当石墨粉在白纸上刷一刷也可以起到一定的效果。白纸注意不要受潮，此工序完成后立即进行下道工序。
2.2 工序2（图象扫描）
将残留的铅笔粉末弹掉，将拓印出的图象平稳地放置在扫描仪上，不允许打折起皱，用图象格式进行扫描，以获得电子图象文件，然后用Photoshop图象处理软件转换为位图类型，即文件扩展名为bmp。注意分辨率不要设置得太高，以免处理图象速度变慢，在这里我们接受默认分辨率。扫描效果如图2所示。图2
2.3 工序3（3ds max处理）
3ds max具有较强的图象、图形处理能力，采用它进行图象、图形处理不失是一种上策。如果不熟悉英文的话，可以到网上下载共享中文版。进入3ds max主界面，将上述电子图象设为背景图象，放大，在图象轮廓线上描点。
现我来介绍一下背景图象的设置方法为：在主菜单上单击Views ，在下拉式菜单中找到Viewport ground 单击，会出现如图3所示的对话框， 单击“File…”按钮，找到要设置为背景的位图，打开。这里要注意的两点是：在对话框中选中第二个Match位图匹配模式（软件有点问题，你会发现有两个Match，第一个Match应为Match viewport视图匹配模式，第二个Match应为Match Bitmap位图匹配模式。），这是为了保障位图能够以原有的比例显示。在对话框中找到Lock Zoom/Pan,选中它，如果不选中的话背景图和所绘图（这里是指点阵列）不能够同时缩放，也不能同时移屏，这就导致背景图和所绘图形错位，不便于继续描图。另外不要忘记选中Display（显示背景图形），有时明明设置了背景图形，就是看不到，原因就在于此。为了准确绘出图形细节，我们要经常放大局部视图，移动屏幕，选中Lock Zoom/Pan的意义就非常重大，它的意思就是锁定缩放和移屏。
描点的方法为：进入软件主界面，在右边工具栏中找到helpers按钮，单击，然后单击object type中的point按钮即可繪制点阵列了，如图4。在绘制过程中把背景图放大，以便准确绘制轮廓上的点。图4就是放大后进行描点，直线部分只在两端绘点，曲线部分多绘一些点，以便准确地拟合曲线。图中的“+”表示点元素。
注意要点：描点越密，制出来的零件图案越逼真，但是如果太密的话，制出来的图形线条不光滑，有锯齿，不便于数控机床加工，描点时注意适当掌握。也许有人会问为什么不直接画线而要描点呢？这是因为经过图形转换后，在CAXA电子图版图形处理软件中无法对此类线条进行编辑，也许以后高版本能够解决这个问题，感兴趣的话不妨一试。
2.4 工序4（CAXA电子图版处理）
CAXA电子图版和3ds max都有良好的数据接口功能，利用这一点我们很方便地将图形文件转换成CAXA可识别的图形文件类型后，在CAXA下进行再处理：将点阵列独立分配到一个图层，比如point层，然后新建一个图层，比如spline层，并将其置为当前层，用spine命令将点阵列连接起来，关闭或删除point层，这时我们就可看到和样品几乎一样的图形了，根据这个图形我们就可以设计出凸、凹模了。
现在我来介绍一下图形类型转换方法：点阵列绘制完后，单击3ds max主菜单中的“File”，在下拉式菜单中单击“Export”，选择输出dwg类型文件。进入CAXA电子图版主界面，在主菜单“文件”中单击“数据接口”，选择“DWG/DXF文件读入”即可。然后就可以用样条线连接这些点阵列了，所绘线条为样条拟合曲线。
2.5 工序5（MasterCAM数控编程）
可以将上序图形适当转换就可以用Master CAM进行数控编程了。Master CAM是一款优秀的计算机辅助制造软件，属于中低端软件，在模具制造中被广泛运用。当然你也可以利用高端软件如UG，PRO/E等来实现你的愿望。
2.6 工序6（数控加工）
将加工程序传入数控机床就可进行凸凹模加工了。如果机床没有与机床直接连接，可以利用移动介质如软盘将程序COPY到数控设备上即可。
3．模具结构设计
由于客户直接提供半成品板料，我们只需在其上压出图案和数字即可，而不用排样落料了。又由于要求后三位数字为可更换字头，所以我们将其设计为活动字头。为了节约成本，我们尽量把模具结构简化，其结构如图5所示。
1.下模座 2.螺栓 3.内六角螺钉 4.下成型固定板 5.导柱 6.导套 7.上模座 8.上活动字头9.上固定字头 10.上成型固定板 11.圆柱销 12.活动挡料装置 13.下固定字头 14.下活动字头
该结构设计采用凹模上置，凸模下置的方式，凸、凹模分别有两种字头，即固定字头和活动字头。活动字头采用小间隙配合，便于更换。为了防止凸凹模错位而损坏强度较低的尖角部分，模具采用导柱导套导向，同时适当加大凸、凹模间隙，要使数字和图象棱角分明，模口不倒圆角，仅去刺就可以了，在实践中并没有出现板料拉裂的缺陷。2号件螺栓拧紧挤进上活动字头（8号件）侧面的凹槽里，防止上活动字头落下。上下活动字头在非成型部位设计有一个M6的螺纹孔，通过这个螺纹孔可快速更换上下活动字头。在上下模座上设计有通气孔和通气槽，以便更换活动字头时，消除气压阻力。该结构使得更换活动字头时，无需将模具从机床上拆卸下来，而达到快换的目的，从而提高了工作效率，加快了工作进度。如果字头损坏，仅更换字头就行了，而不影响其他制件
3.1 凸、凹模设计要点
凸、凹模尽量不要有尖角，以防凸、凹模崩刃，如果实在无法避免，也可用雕刻机直接在板料上进行雕刻成型。凸、凹模模口尽量不倒角，对于压形深度较深而且板料很薄的情况下可适当倒圆角，对于压形深度浅板料又比较厚的情况下，倒圆角会使字形和图案边界线条模糊，严重影响美观。
4. 结束语
采用简易的方法，设计出经济性的模具，通过实践取得了满意的效果，完全满足客户的要求。我们可以将这种简易仿形方法的运用进行扩展：将人物图片，风景画等进行适当处理，生成加工程序，再由雕刻机进行雕刻，可得到精美的图案，如果感兴趣的话可以不妨一试，你可以体验到当天才画家的滋味。在实现你的梦想之前先查看一下你的百宝箱是否有以下利器：3ds max,Photoshop,CAXA或Autocad，MasterCAM。另外最好再配一台数码相机，如果没有就赶快武装起来吧。
参考文献
1.肖景容 姜奎华.冲压工艺学.北京：机械工业出版社，1990
2.冲模设计手册编写组.冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社.2003
3.李铁 徐进云.3ds max4人物动画设计.北京：电子工业出版社，2002
4.Zhou Ji,Zhou Yanhong,Zhan Yong.Enveloping Theory Based Method for the Determination of path Interval and Tool Path Optimization for the NC Maching of Free Form Surfaces. Chinese Journal of Mechanical Engineering,1999
5.彭建声等 冷冲模制造与修理.北京：机械工业出版社，2001
6.模具实用技术丛书编会 模具与使用寿命[M].机械工业出版社，2000
关键词仿形 模具 CAXAMasterCAM
中图分类号：S611文献标识码： A
1．引言
该零件是一个字牌，其上有图案且字体为非标字体，材料为08F，料厚为2mm，如图1所示：
此零件字体和图案均为阳文（向上凸出），凸起0.5mm。客户仅提供一个样品件，没有图纸资料，且要求制件与样品误差小于等于0.8mm，图案数字棱角分明，后三位数字设计为活动字头，小批量生产800件。如何对这些图案和非标字体进行仿形呢？如何保障客户的要求呢？以下就是详述。
2．工艺分析
该零件长度和宽度很容易用游标卡尺测得，深度由深度尺测量，难点就在于图案和数字的测量。数字为非标字体，难以从标准字库中提取，图案和数字的位置尺寸不便确定。因图案、数字轮廓精细，棱角明晰，凸出仅0.5mm，仿形铣床无法胜任，我单位也没有坐标测量设备，即使有，测量坐标也比较烦琐。
考虑到以上因素，我决定采用如下工艺过程进行大胆试制：铅笔拓印 图象扫描3ds max处理 CAXA电子图版处理MasterCAM数控程序编制及后处理数控加工
2.1 工序1（铅笔拓印）
将一张薄而硬的白色纸张（打印纸也可以）蒙到样品上，用铅笔拓印出图案和数字，以及样品外轮廓。注意拓印时纸张要垫平，固定好，不可错位，拓印需突出线条，其他部分不用多着墨，如图2 。用硬一点的毛刷蘸适当石墨粉在白纸上刷一刷也可以起到一定的效果。白纸注意不要受潮，此工序完成后立即进行下道工序。
2.2 工序2（图象扫描）
将残留的铅笔粉末弹掉，将拓印出的图象平稳地放置在扫描仪上，不允许打折起皱，用图象格式进行扫描，以获得电子图象文件，然后用Photoshop图象处理软件转换为位图类型，即文件扩展名为bmp。注意分辨率不要设置得太高，以免处理图象速度变慢，在这里我们接受默认分辨率。扫描效果如图2所示。图2
2.3 工序3（3ds max处理）
3ds max具有较强的图象、图形处理能力，采用它进行图象、图形处理不失是一种上策。如果不熟悉英文的话，可以到网上下载共享中文版。进入3ds max主界面，将上述电子图象设为背景图象，放大，在图象轮廓线上描点。
现我来介绍一下背景图象的设置方法为：在主菜单上单击Views ，在下拉式菜单中找到Viewport ground 单击，会出现如图3所示的对话框， 单击“File…”按钮，找到要设置为背景的位图，打开。这里要注意的两点是：在对话框中选中第二个Match位图匹配模式（软件有点问题，你会发现有两个Match，第一个Match应为Match viewport视图匹配模式，第二个Match应为Match Bitmap位图匹配模式。），这是为了保障位图能够以原有的比例显示。在对话框中找到Lock Zoom/Pan,选中它，如果不选中的话背景图和所绘图（这里是指点阵列）不能够同时缩放，也不能同时移屏，这就导致背景图和所绘图形错位，不便于继续描图。另外不要忘记选中Display（显示背景图形），有时明明设置了背景图形，就是看不到，原因就在于此。为了准确绘出图形细节，我们要经常放大局部视图，移动屏幕，选中Lock Zoom/Pan的意义就非常重大，它的意思就是锁定缩放和移屏。
描点的方法为：进入软件主界面，在右边工具栏中找到helpers按钮，单击，然后单击object type中的point按钮即可繪制点阵列了，如图4。在绘制过程中把背景图放大，以便准确绘制轮廓上的点。图4就是放大后进行描点，直线部分只在两端绘点，曲线部分多绘一些点，以便准确地拟合曲线。图中的“+”表示点元素。
注意要点：描点越密，制出来的零件图案越逼真，但是如果太密的话，制出来的图形线条不光滑，有锯齿，不便于数控机床加工，描点时注意适当掌握。也许有人会问为什么不直接画线而要描点呢？这是因为经过图形转换后，在CAXA电子图版图形处理软件中无法对此类线条进行编辑，也许以后高版本能够解决这个问题，感兴趣的话不妨一试。
2.4 工序4（CAXA电子图版处理）
CAXA电子图版和3ds max都有良好的数据接口功能，利用这一点我们很方便地将图形文件转换成CAXA可识别的图形文件类型后，在CAXA下进行再处理：将点阵列独立分配到一个图层，比如point层，然后新建一个图层，比如spline层，并将其置为当前层，用spine命令将点阵列连接起来，关闭或删除point层，这时我们就可看到和样品几乎一样的图形了，根据这个图形我们就可以设计出凸、凹模了。
现在我来介绍一下图形类型转换方法：点阵列绘制完后，单击3ds max主菜单中的“File”，在下拉式菜单中单击“Export”，选择输出dwg类型文件。进入CAXA电子图版主界面，在主菜单“文件”中单击“数据接口”，选择“DWG/DXF文件读入”即可。然后就可以用样条线连接这些点阵列了，所绘线条为样条拟合曲线。
2.5 工序5（MasterCAM数控编程）
可以将上序图形适当转换就可以用Master CAM进行数控编程了。Master CAM是一款优秀的计算机辅助制造软件，属于中低端软件，在模具制造中被广泛运用。当然你也可以利用高端软件如UG，PRO/E等来实现你的愿望。
2.6 工序6（数控加工）
将加工程序传入数控机床就可进行凸凹模加工了。如果机床没有与机床直接连接，可以利用移动介质如软盘将程序COPY到数控设备上即可。
3．模具结构设计
由于客户直接提供半成品板料，我们只需在其上压出图案和数字即可，而不用排样落料了。又由于要求后三位数字为可更换字头，所以我们将其设计为活动字头。为了节约成本，我们尽量把模具结构简化，其结构如图5所示。
1.下模座 2.螺栓 3.内六角螺钉 4.下成型固定板 5.导柱 6.导套 7.上模座 8.上活动字头9.上固定字头 10.上成型固定板 11.圆柱销 12.活动挡料装置 13.下固定字头 14.下活动字头
该结构设计采用凹模上置，凸模下置的方式，凸、凹模分别有两种字头，即固定字头和活动字头。活动字头采用小间隙配合，便于更换。为了防止凸凹模错位而损坏强度较低的尖角部分，模具采用导柱导套导向，同时适当加大凸、凹模间隙，要使数字和图象棱角分明，模口不倒圆角，仅去刺就可以了，在实践中并没有出现板料拉裂的缺陷。2号件螺栓拧紧挤进上活动字头（8号件）侧面的凹槽里，防止上活动字头落下。上下活动字头在非成型部位设计有一个M6的螺纹孔，通过这个螺纹孔可快速更换上下活动字头。在上下模座上设计有通气孔和通气槽，以便更换活动字头时，消除气压阻力。该结构使得更换活动字头时，无需将模具从机床上拆卸下来，而达到快换的目的，从而提高了工作效率，加快了工作进度。如果字头损坏，仅更换字头就行了，而不影响其他制件
3.1 凸、凹模设计要点
凸、凹模尽量不要有尖角，以防凸、凹模崩刃，如果实在无法避免，也可用雕刻机直接在板料上进行雕刻成型。凸、凹模模口尽量不倒角，对于压形深度较深而且板料很薄的情况下可适当倒圆角，对于压形深度浅板料又比较厚的情况下，倒圆角会使字形和图案边界线条模糊，严重影响美观。
4. 结束语
采用简易的方法，设计出经济性的模具，通过实践取得了满意的效果，完全满足客户的要求。我们可以将这种简易仿形方法的运用进行扩展：将人物图片，风景画等进行适当处理，生成加工程序，再由雕刻机进行雕刻，可得到精美的图案，如果感兴趣的话可以不妨一试，你可以体验到当天才画家的滋味。在实现你的梦想之前先查看一下你的百宝箱是否有以下利器：3ds max,Photoshop,CAXA或Autocad，MasterCAM。另外最好再配一台数码相机，如果没有就赶快武装起来吧。
参考文献
1.肖景容 姜奎华.冲压工艺学.北京：机械工业出版社，1990
2.冲模设计手册编写组.冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社.2003
3.李铁 徐进云.3ds max4人物动画设计.北京：电子工业出版社，2002
4.Zhou Ji,Zhou Yanhong,Zhan Yong.Enveloping Theory Based Method for the Determination of path Interval and Tool Path Optimization for the NC Maching of Free Form Surfaces. Chinese Journal of Mechanical Engineering,1999
5.彭建声等 冷冲模制造与修理.北京：机械工业出版社，2001
6.模具实用技术丛书编会 模具与使用寿命[M].机械工业出版社，2000