快速原型技術(Rapid Prototyping，簡稱RP),就是借助計算機輔助設計，用曲面反求的方法采集得到有關零件的幾何形狀，一次性建立數字化掃描模型，達到快速、準確的制造信息零件的現代化方法。RP技術是當今世界上發展最快的制造技術，是近20年來制造技術領域的一次比較大的突破，是先進制造技術領域的重要前沿課題之一。RP技術的特點是由CAD模型直接驅動快速制造任意復雜的幾何形狀，基于這種方法，我們實驗室實現了槳油機進排氣道模具設計和加工。

　　發動機進排氣道形狀是影響發動機功率、扭矩、油耗、加速性能、排放、振動及噪聲等性能指標的重要因素之一。但其幾何形狀極不規則，難以用二維幾何圖形及數學解析式準確表達。目前，國內引進的發動機很難獲得進排氣道的原始三維數據，通常是在二維圖上表達幾個截面，再提供一個或幾個樣品，難以直接根據產品功能和用途正向進行氣道三維造型和模具設汁制造。傳統的方法常需制造樣板經過反復的試驗與修改，導致了產品精度低、模具尺寸形狀重復性差、開發周期長，最終導致發動機性能不能達到要求。為此我們在氣缸念些排氣道摸具設計中引人快速原型技術，使進排氣道模具設訓和加工實現數字化。

　　我們主要是通過實物反求(RE)獲得表面數據，然后在CATIA環境下實現逆向實體造型，將處理好的模型保存為通用文件格式，在Pro/E中進行模具設計，最后調人數控加工軟件MasteiCAM中進行NC加工，由MasterCAM后置處理模塊生成NC代碼，下面以柴油機排氣道為例說明其加工和設計過程。

　　1排氣道模型的表面數字化

　　采用無接觸激光儀掃描排氣道表面曲面，可對排氣道的不同位置區域進行掃描，把測量結果直接變換到目標坐標系，基于測量系統提供參考點進行拼接。測量系統本身自帶軟件可以對點云數據預處理，如:進行去噪和均化、冗余數據的壓縮和歸并、殘缺教據的平滑填補等處理，以剔除無用有害數據.保留并優化有效數據，減小測量誤差對三維建模精度影響，測得的點云數據以標準格式輸出。經整理后的點云數據如圖1所示。

　　2三維模型重構

　　曲面重構的關鍵就是根據大規模散亂測點數據，重新構造具有復雜曲面外形產品的三維計算機模型。從工程觀點評價曲面重構的重要指標是模型的精確性、光順性、幾何不變性及對大規模散亂數據的重構能力。排氣道的曲面重構及實體化造型是在CATIA環境下完成的，其曲面重構過程:(1)特征面識別。將點云劃分出若干個特征區域，用不同的顏色加以表示;(2)點云分塊。根據自動識別的特征區域，將數據點云分成若干小塊，以便分別處理;(3)分塊重構特征面。對點云分塊分別進行重構，得到許多獨立的三維曲面組合起來，通過倒角、縫合等操作使其光滑連接;這里要解決的主要問題是曲線的創建和診斷修改.只有滿足曲線光順，曲面才能光順，曲面與點云的吻合精度也主要靠曲線中關鍵特征線的提取和創建精度來保證。(4)曲面誤差分析。對已完成的曲面，進行曲面誤差分析，以在設計要求范圍內控制擬合曲面與點云之間的誤差(0.lmm),最后完成由曲面向實體造型的轉化。

　　3 排氣道的模具設計

　　3.1建立模具體積塊

　　將排氣道在CATIA中另存為通用文件，然后將導人在通用文件Pro/E中打開，利用Pro/E數控模塊中CATING(鑄造模具設計)子模塊進行模具設計，使工件坐標系和模具坐標系一致，生成參考模型，用手動方式建立工件體積塊，"按尺寸收縮"方式去設置收縮率。設計加工鑄模澆注系統時，要使澆注通道能夠控制金屬液充填鑄模型腔的速度及充滿鑄模型腔所需的時間，使金屬液平穩地進人鑄模型腔，阻止熔渣和其他夾雜物進人鑄模型腔等。

　　3.2 排氣道的分型面設計

　　設計分模具分型面的用處主要是用來分割工件，從而生成用戶希望得到得體積塊，分型面選擇的合理與否，對造型工藝、鑄件質量、工裝設備的設計與制作有著重要影響。分型面的選擇要在保證鑄件質量的前提下，盡量簡化鑄造工藝過程，以節省人力物力。在選擇分型面時要考慮以下原則:分型面的選擇應保證模型能順利從鑄型中取出，這是確定分型面最基本的要求。因此，分型面應選在鑄件的最大截面處。應盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件的尺寸精度。為便于造型、下芯、合箱及檢驗鑄件壁厚，應盡量使型腔及主要型芯位于下箱。Pro/E模具設計模塊提供了多種建立分型面的方法.根據上述分型面的設計工藝要求結合氣道的結構特點，產生的分型面如圖2所示。

　　3.3 拆模

　　利用上述已經建立的分型面將工件割開，形成模型腔體積塊，在圖形區中，型腔元件包含著鑄模，使用戶無法看到模具未閉合的狀態，可將各個模具元件以爆炸圖的形式顯示。即為開模。選擇菜單管理中的“模具進料孔”中的“分解”命令，然后選擇"打開下一個"選項，可以觀看分解過程。有了這些模具的三維數字模型，我們就可以利用MasterCAM系統編制相應的加工NC代碼，然后用先進快速的數控機床直接加工成型，有效地提高了加工質量，縮短了加工周期(圖3)。

　　4 結語

　　本項目嘗試利用了多種軟件協同工作:點云處理、曲面造型、模具設計、數控加工分別使用不同的軟件，利用各個軟件所具備的優點，取得了較理想的效果。實踐證明，運用RP技術和逆向工程相結合的設計制造方法，在沒有產品圖紙的情況下，可以進行進排氣道模具的數字化設計，并對之進行分析和優化，進而在數控機床上進行加工，大大提高了模具精度，縮短了開發周期，從而快速響應市場，提高企業的競爭力。