陶瓷模具CAD/CAM制造技術

徐連強 吳迎春 張家驊

（無錫工藝職業技術學院，江蘇宜興214206）

0前言

傳統陶瓷模具一般包括石膏模具、塑料模具、金屬模具，其中以石膏模具最多，塑料模具次之。傳統的做法是由人工憑經驗和感覺制作，一般有由人工根據產品設計圖樣，采用手工方法雕琢制造種模，然后按種模一窩子模一母模一工作模的順序，通過澆注最后得到生產用的工作模[1]。過程漫長且復雜，無法適應日益激烈的市場競爭。

1 CAD/CAM制造技術

通過快速成型技術，研究從陶瓷原型數據掃描—數據處理—快速成型機打印模型；通過逆向工程技術，把經過處理的掃描數據導入UG文件，生成模具型腔或者實體NC加工代碼，在數控機床上加工出模具型腔；也可以直接在三維建模軟件中設計出實體，生成NC加工代碼和后置處理，在數控制車床上加工出工作母模。工作流程圖如圖1所示。

2 應用案例

以紫砂壺為例，通過逆向工程方法，加工一個茶壺工作母模，茶壺原型如圖2所示。

2.1 數據采集

把紫砂壺放在一個平整、視眼開闊的桌面上，用專業的數據線連接掃描儀和電腦，調整掃描儀焦距，掃描紫砂壺實物如圖3，掃描過程中不，注意特征點的選取，避免合并時出現數據交叉重疊。

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

圖4 點云階段Fig.4 Point cloud phase

圖5 多邊形階段Fig.5 Polygon phase

圖8 粗加工模擬刀軌Fig.8 Simulated rough machining toolpath

圖6 NURBS曲面Fig.6 NURBS curve fitting

圖7 UG加工流程圖Fig.7 UG-based processing

2.2 數據處理

把掃描數據導入geomagic軟件，Geomagic由美國Raindrop（雨滴）公司出品的逆向工程和三維檢測軟件，Geomagic數據處理包括點云階段、多邊形階段和形狀階段曲面等三個階段。

2.2.1 點云階段

這階段要做的是對點云進行去除孤點、降低噪音、統一采樣及封裝等編輯，是對點的質量與數量進行處理（圖4）。

2.2.2 多邊形階段

此階段為三角面片階段，對表面進行光順處理、補洞、祛除表面特征、邊界調整、改變多邊形面、創建路徑及特征等操作（圖5），是建模重要階段。抽殼后以STL文件格式保存，然后導入快速成型機，打印出樹脂或者金屬材料的工作母模。由于陶瓷燒成之后有收縮，根據陶瓷收縮率，對產品進行放尺，快速成型機打印時可以縮放比例，改變打印模型形狀大小。

2.2.3 形狀階段

曲面重構是逆向工程的重要階段，在Geomagic中則是根據編輯好的多邊形數據自動擬合成NURBS曲面。采用Geomagic軟件擬合曲面功能，軟件將根據在多邊形階段提取設定的特征和編輯的曲面片自動擬合成NURBS曲面（圖6）。根據陶瓷收縮率，在geomagic中對產品進行放大一定比例。最后將文件以*IGES格式導入UG。

3 數控加工

3.1 UG CAM加工

文件以*IGES格式導入UG后，可以進行三維模型重構或者改型設計。在UG生成茶壺NC加工代碼，并進行后置處理生成*.Ptp文件。

UG加工流程圖如圖7所示。

3.2 CAM加工

加工前利用CIMCOEdit對*.ptp文件進行加工仿真。CIMCOEdit是數控程序的編輯和仿真工具。可進行存儲和檢索NC程序、NC程序優化、后處理以及快速NC程序仿真。圖8、圖9分別為粗、精模擬刀軌跡，最后在銑床（三軸加工）加工出茶壺模具，如圖10所示。

圖9 粗加工模擬刀軌Fig.9 Simulated rough machining toolpath

4 小結

在傳統陶瓷模具制造基礎上，提出陶瓷CAD/CAM制造技術為中心，融合了快速成型技與逆向工程技術的生產技術，能夠有效地縮短陶瓷模具的設計制造周期，提高模具制造質量。對于陶瓷產品日益多樣化、個性化產品要求，大大提高了陶瓷生產競爭力。

圖10 固定軸曲面輪廓銑Fig.10 Fixed-axis contourm illing

1傅培貴.陶瓷用模具制造.北京：輕工業出版社，1984

2王宵等.逆向工程技術及應用.北京：化學工業出版社，2004