基于多個(gè)軟件綜合應(yīng)用的塑料件逆向設(shè)計(jì)

劉軍華

摘要：以冰箱冷藏室收納盒為案例，使用三維掃描儀獲取三維數(shù)據(jù)，通過塑料件產(chǎn)品注塑工藝分析與客戶溝通產(chǎn)品裝配的關(guān)系，制訂合理的坐標(biāo)系調(diào)整和逆向設(shè)計(jì)方案。在GOM lNSPECT軟件中調(diào)整產(chǎn)品坐標(biāo)系，最后在NXIO.O軟件中完成逆向設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：NXIO.O;塑料件;逆向設(shè)計(jì);冰箱

中圖分類號(hào)：U462

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.057

1 冰箱冷藏室收納盒工藝和結(jié)構(gòu)分析

本收納盒是扣在冰箱冷藏室門板上用于儲(chǔ)藏飲料等罐裝食品的透明收納盒，是使用聚苯乙烯（PS）制作的收納盒，呈淡藍(lán)色，具有表面光潔、透明，平整度好，壁厚均勻等特點(diǎn)。收納盒底部為平面度較高的平面，產(chǎn)品是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左右對(duì)稱，見圖1.由于該產(chǎn)品是配合件的一部分，因此安裝孔位和兩端的卡槽位置相對(duì)比較重要。而其他部分均是出于美觀設(shè)計(jì)出的圓角樣式，因此要求不高。整個(gè)產(chǎn)品壁厚較為均勻，因此只需要測(cè)量其外部形狀即可獲得其整體尺寸。

2 三維測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取

對(duì)于此類塑料產(chǎn)品，建議選用三維掃描儀作為測(cè)量工具，獲得其全部外部數(shù)據(jù)，用于分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性、安裝位置和樣式圓角等特征的尺寸。表面噴涂顯像劑對(duì)產(chǎn)品的尺寸影響基本可以忽略不計(jì)。該產(chǎn)品尺寸約為250 mmx120 mmx150 mm，但局部有較小的安裝孔和卡槽，不宜選用鏡頭過大的三維掃描儀，單幅掃描尺寸在200 mmx200 mm、分辨率在200萬左右較為適宜。掃描完成后，通過掃描控制軟件將其輸出為STL數(shù)據(jù)。

3 冰箱收納盒坐標(biāo)系調(diào)整

GOM Inspect是一款免費(fèi)的三維檢測(cè)和網(wǎng)格處理軟件，不僅可用于分析三維點(diǎn)云的形狀及尺寸，而且還可作為視讀軟件供用戶查看測(cè)量結(jié)果和CAD數(shù)據(jù)。專門為需要處理和評(píng)估三維數(shù)據(jù)的用戶而設(shè)計(jì)，可保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可溯源性，廣泛應(yīng)用于質(zhì)量控制、產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)階段的三維測(cè)量數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)調(diào)整。啟動(dòng)GOM Inspect軟件后，通過導(dǎo)人命令輸入STL文件，完成冰箱盒的輸入。在圖2中可以看出工作區(qū)坐下角的坐標(biāo)系和STL文件的坐標(biāo)系是不一致的，需要調(diào)整。否則，在導(dǎo)入三維軟件建模時(shí)會(huì)比較困難。

通過工藝分析和客戶溝通的結(jié)果，確立使用底部平面為第一優(yōu)先基準(zhǔn)，確立坐標(biāo)系的第一優(yōu)先基準(zhǔn)，背部平面確定坐標(biāo)方向，兩端面的中分面作為坐標(biāo)原點(diǎn)。使用三平面結(jié)合在軟件中的“3-2-1”命令逐步建立坐標(biāo)系，如圖2所示。

因?yàn)镾TL數(shù)據(jù)無法直接應(yīng)用于坐標(biāo)系調(diào)整和產(chǎn)品建模，所以，需要在軟件中構(gòu)建坐標(biāo)系的平面對(duì)象。使用GOMInspect軟件的平面擬合命令，逐步構(gòu)建出用于構(gòu)建坐標(biāo)系的三個(gè)平面，在此軟件中通過按住鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)，旋轉(zhuǎn)該文件;向前滾動(dòng)滾輪放大，調(diào)整底部平面面向設(shè)計(jì)者;按住鼠標(biāo)滾輪拖動(dòng)平移文件到合適位置。在工作區(qū)空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇曲面選擇命令，在冰箱盒底部選擇合適的區(qū)域用于擬合平面1。在擬合的過程中，軟件根據(jù)所選區(qū)域內(nèi)的所有點(diǎn)，通過高斯擬合的方式綜合計(jì)算，擬合出平面1，而且在平面擬合對(duì)話框中可以查看最大偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差，直觀且易于操作。使用同樣的方法構(gòu)造出背部平面2和兩端面3和4，通過平面3和4構(gòu)造一個(gè)中分面5，借助此平面5可以將坐標(biāo)系定在收納盒的正中間。

隱藏不需要的掃描數(shù)據(jù)、平面3和4，僅僅顯示用于調(diào)整坐標(biāo)系的平面1、2和5，執(zhí)行軟件的“3-2-1”對(duì)齊命令，按住“CTRL”，在平面1上單擊三次，構(gòu)造ZI、22、23三個(gè)點(diǎn)。其次按住“CTRL”，在平面2上單擊兩次，構(gòu)造Yl、Y2兩個(gè)點(diǎn)。再次按住“CTRL”，在平面5上單擊一次，構(gòu)造X點(diǎn)，單擊確認(rèn)完成坐標(biāo)系調(diào)整;顯示出調(diào)整好坐標(biāo)系的STL數(shù)據(jù)，將其重新輸出，用于下一步的建模操作。

4 基于NXlO.O軟件的逆向造型設(shè)計(jì)

4.1 逆向方案總體設(shè)計(jì)

冰箱收納盒聚苯乙烯PS，收縮率較低，且該產(chǎn)品是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，塑件有脫模角度、有側(cè)抽，脫模方向是底部平面的法線方向。根據(jù)以上幾點(diǎn)，在逆向設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成關(guān)于中心基準(zhǔn)面的對(duì)稱結(jié)構(gòu);根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際情況給出脫模角度;主體可以通過擬合平面、截面曲線、拉伸等命令畫出大體結(jié)構(gòu)，按照先加后減的方式建立產(chǎn)品模型;使用孔、圓角等命令完成細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。

4.2 收納盒主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

啟動(dòng)NXIO.O軟件，通過導(dǎo)人命令將調(diào)整好坐標(biāo)系的STL數(shù)據(jù)導(dǎo)人到NX軟件中，此時(shí)STL數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系和軟件的絕對(duì)坐標(biāo)系是一致的，可以直接用于造型設(shè)計(jì)。

在NXIO.O軟件中，綜合應(yīng)用“截面曲線”“草圖”“拉伸”“網(wǎng)格面”“直接建模”等眾多建模命令，結(jié)合塑料模具工藝分析，根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過程中，通過“圖層”“顯示和隱藏”等命令合理管理建模數(shù)據(jù)，凈化設(shè)計(jì)空間，快速完成逆向造型設(shè)計(jì)。

4.3 收納盒細(xì)節(jié)和對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

重復(fù)使用相關(guān)實(shí)體建模命令，完成冰箱冷藏室收納盒一端的掛孔、導(dǎo)向滑動(dòng)軌道等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，最后將完成細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)后的模型文件，利用中心對(duì)稱的基準(zhǔn)平面將無用端修剪掉，然后使用軟件的“鏡像體”命令將完成好的一端，鏡像復(fù)制到另一端，完成整個(gè)收納盒的對(duì)稱造型設(shè)計(jì)，如圖3所示。

5 設(shè)計(jì)總結(jié)

在整個(gè)冰箱冷藏室收納盒逆向設(shè)計(jì)的過程中使用了掃描儀控制軟件獲得全面的三維掃描數(shù)據(jù)，使用GOM Inspect軟件調(diào)整產(chǎn)品坐標(biāo)系，使用具有強(qiáng)大建模功能的NXIO.O軟件完成逆向造型設(shè)計(jì)，結(jié)合該產(chǎn)品成型工藝，通過綜合使用各軟件的特長(zhǎng)功能，快速達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，設(shè)計(jì)出了符合客戶要求的產(chǎn)品三維模型，方便客戶進(jìn)行進(jìn)一步的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

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