李鐵鋼

(沈陽工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

內(nèi)衣模杯成形模具的數(shù)字化制造研究

李鐵鋼

(沈陽工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

針對(duì)內(nèi)衣模杯成形模具的設(shè)計(jì)制造問題，提出了基于Geomagic和VISI軟件的數(shù)字化制造方法。通過對(duì)建模設(shè)計(jì)和制造的體系結(jié)構(gòu)流程進(jìn)行研究，闡述了利用Geomagic進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)和產(chǎn)品品質(zhì)分析的方法，敘述了利用VISI進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工程序編制的技術(shù)，并利用實(shí)例驗(yàn)證了該方法的可行性。

模杯；逆向工程；數(shù)控加工；Geomagic；VISI

近幾年，模杯型文胸促進(jìn)了整個(gè)內(nèi)衣行業(yè)的發(fā)展，即罩杯通過模壓工藝，在一定的溫度、時(shí)間和壓力的作用下成形，不用進(jìn)行罩杯各部分的縫合，使制作工藝簡(jiǎn)單化。此外，模杯的造型和曲線能夠模仿女性本身的身體曲線，這不僅對(duì)乳房起到支撐、保護(hù)的作用，也使胸型看上去更美觀，突顯女性的形體美，使得女性對(duì)自己胸部的修飾有了更多的選擇[1-2]。

研制文胸時(shí)，模杯新產(chǎn)品由樣板房試制、測(cè)試和評(píng)價(jià)，需要手工修形，在生產(chǎn)線上根據(jù)測(cè)試成功的樣件設(shè)計(jì)模具，然后進(jìn)行產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。因此，需要根據(jù)實(shí)際樣件情況進(jìn)行模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造。

Geomagic studio是典型的逆向工程設(shè)計(jì)軟件，具有掃描三維數(shù)據(jù)功能，將先進(jìn)得掃描技術(shù)和直接建模技術(shù)融為一體，可創(chuàng)建出制造模型。

英國(guó)VERO 公司的VISI軟件是世界模具業(yè)公認(rèn)的領(lǐng)先的CAD/CAM 解決方案，具有獨(dú)特而完整的應(yīng)用組合，包括線架構(gòu)、曲面及實(shí)體建模，全面的2D 和3D 加工策略以及專業(yè)的模具設(shè)計(jì)工具，可以進(jìn)行注塑模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)和智能編程加工[3-4]。所以，針對(duì)模杯模具的數(shù)字化制造問題，可以利用VISI和Geomagic studio軟件研究產(chǎn)品的逆向建模和數(shù)控加工等關(guān)鍵技術(shù)。

1 建模和制造流程

模杯模具建模和制造流程如圖1所示，包括數(shù)據(jù)采樣測(cè)量、Geomagic曲面重構(gòu)、VISI建模編程和模具制造等步驟。

2 模杯逆向建模

數(shù)據(jù)采樣形式分為兩種，即接觸式和非接觸式。接觸式測(cè)量的典型方式是數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量法，該方法測(cè)量精度高，但需要使用測(cè)頭去接觸被測(cè)工件，對(duì)工作環(huán)境要求較高；非接觸式測(cè)量的典型方式是利用三維掃描儀，將CCD攝像機(jī)獲得的影像像素進(jìn)行處理，得到輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)[5]。

圖1 建模和制造流程

原形模杯的外輪廓尺寸為200×200×80，材料為海綿，手工畫出12個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，使用Z+F 5010C三維激光掃描儀測(cè)量，圖樣采集時(shí)間在0.01～0.3 s內(nèi)。

利用Geomagic Studio 2013軟件打開三維掃描儀測(cè)量的掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)，需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、整理、噪聲減少和采樣等操作。選擇體外孤點(diǎn)的控制閾值為85，去除模型外的孤點(diǎn)，得到點(diǎn)云的數(shù)據(jù)偏差為0.051 mm。利用噪音減少功能對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行噪音去除，分析得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)有2 359 078個(gè)點(diǎn)，數(shù)據(jù)量大，采用統(tǒng)一采樣法進(jìn)行數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化，使點(diǎn)間的距離為0.02～0.3,設(shè)置曲率優(yōu)先等級(jí)為最大，采樣后數(shù)據(jù)變?yōu)? 245 258個(gè)點(diǎn)，將點(diǎn)云進(jìn)行封裝，粗略生成三角曲面片。而后,通過菜單操作刪除非流形三角面片，刪除釘狀物，進(jìn)行孔洞修復(fù)操作，對(duì)生成的網(wǎng)格進(jìn)行光順和網(wǎng)格松弛處理等操作。

由于模杯曲面并不是規(guī)則曲面，因此在Geomagic Studio中通過生成三角網(wǎng)格來進(jìn)行精確曲面重構(gòu)[6]。曲面重構(gòu)時(shí)，首先通過探索輪廓線命令自動(dòng)探索輪廓并抽取初始輪廓線，然后構(gòu)造曲面片，最后對(duì)構(gòu)造的曲面片進(jìn)行柵格化和擬合處理，構(gòu)造出的模杯曲面如圖2所示。

圖2 曲面

利用Geomagic Qualify將生成的曲面與原始的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行比較，通過最佳擬合對(duì)齊方式進(jìn)行自動(dòng)對(duì)齊，對(duì)曲面品質(zhì)進(jìn)行分析，得到重購(gòu)后的最大偏差為0.5 mm，最小偏差為-0.1 mm，平均偏差為0.1 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.023 mm。整體上處于平均偏差范圍內(nèi)，滿足了設(shè)計(jì)和制造的精度要求。將曲面保存為IGES文件，為進(jìn)一步的VISI軟件設(shè)計(jì)和制造做好準(zhǔn)備。

3 模具設(shè)計(jì)和編程

在VISI中打開經(jīng)過逆向處理生成的曲面片IGES文件，利用實(shí)體建模的偏移功能偏移1.0 mm，生成模杯的三維實(shí)體模型，如圖3所示。

圖3 實(shí)體模型

選擇分模面，制作的熱壓成型模具如圖4所示。

利用VISI的CAM編制數(shù)控加工程序，選擇的機(jī)床為山東海特的VMC850立式加工中心，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為FANUC-0I MD，機(jī)床工作臺(tái)尺寸長(zhǎng)度為1 060 mm，寬度為500 mm，X軸的行程為900 mm，Y軸行程為500 mm，Z軸行程為550 mm，刀庫容量為24把，主軸最大轉(zhuǎn)速為8 000 r/min，最大進(jìn)給速度為5 000 mm/min，最大快進(jìn)速度為24 m/min。制定的加工工藝簡(jiǎn)明流程如表1所示。

圖4 模具

加工內(nèi)容機(jī)床刀具余量/mm下料VMC850D30R03銑六面VMC850D30R00粗銑上模VMC850D20R100.5半精銑上模VMC850D16R80精銑上模VMC850D10R50粗銑下模VMC850D20R100.5半精銑下模VMC850D16R80精銑下模VMC850D10R50

VISI的數(shù)控編程流程如圖5所示。

4 結(jié) 論

模具加工完成后裝配為成品，測(cè)試熱壓性能，得到了合格的模杯。

圖5 數(shù)控編程流程

Geomagic是高效的逆向工程軟件，可以方便地進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，生成符合要求的被測(cè)零件的曲面。

VISI是智能化的模具設(shè)計(jì)和制造軟件，具有模具分析、設(shè)計(jì)和制造功能，可以極大地提高模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工制造程序編制的效率。

通過Geomagic和VISI軟件的聯(lián)合使用，減少了設(shè)計(jì)和制造的工作量，提高了設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造周期。

[1]李 勇.文胸模杯生產(chǎn)技術(shù)[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，26(6)：714-718.

[2]王雙虎，丁亞茹.基于三維人體測(cè)量的文胸模杯定制系統(tǒng)研究[J].國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2014(12)：51-58.

[3]楊 鵬，趙志忠.基于VISI-Progress的級(jí)進(jìn)模3D設(shè)計(jì)[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，36(3)：203-206.

[4]李鐵鋼.基于UG和VERICUT的車銑復(fù)合加工[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，9(1)：81-84.

[5]郭恒亞，黃 明，李紅莉.基于Imageware和UG技術(shù)的逆向曲面重構(gòu)及模具設(shè)計(jì)方法[J].工程塑料應(yīng)用，2015，43(1)：76-79.

[6]史皓良，吳祿慎.基于Geomagic軟件的鋼軌彈條的逆向建模及誤差分析[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)：工科版，2016，38(1)：55-59.

(責(zé)任編輯 張 凱 校對(duì) 佟金鍇)

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

遼寧省教育廳科學(xué)技術(shù)研究一般項(xiàng)目(L201606)

李鐵鋼(1973-)，男，遼寧沈陽人，副教授，碩士。

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

TP391

A

1673-1603(2017)01-0082-03