4014汽车轮毂盘的反求造型研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4014汽车轮毂盘的反求造型研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,汽车,轮毂,造型,研究,钻研,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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毕业设计（论文）外文文献翻译 题目 汽车轮毂盘的反求造型研究 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 年 04 月 08 日 数控技术发展趋势 1 国内外数控系统发展概况 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发 ，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补 偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上， 床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构， 工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 个制造过程中 复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率 、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正 而影响 此可见，传统 制了 不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。 2 数控技术发展趋势 能发展方向 (1)高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速 多 时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是 指工件在一台机床上一 次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子 880系统控制轴数可达 24轴。 (4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域， 实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。 能发展方向 (1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发 用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前 拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术 与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于 自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (3)插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、 2D+2螺旋插补、 非均匀有理 、样条插补 (A、 B、 、多项式插补等。 多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 (4)内装高性能 控系统内装高性能 直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准 户可在标准 而方便地建立自己的应用程序。 (5)多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视 频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。 系结构的发展 (1)集成化 采用高度集成化 提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用 提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和 是 21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。 (2)模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如 储器、位置伺服、 入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。 (3)网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它 机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。 (4)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工 过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、 服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。 3 智能化新一代 当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代 能化新一代 络技术、 服控制、自适应控制、 动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。 NC NC at of of a of on to a In is to as of a At NC is a a to In on of NC on of NC to be to an of on NC as of a s as a NC on in of by or NC no NC is a In a of in of at by in NC NC NC to of no NC in 2 NC (1) of is As a of PU as as of at of (2) NC is in be to of a to of to (3) of to of of of to in a on a an or to NC 80up 4 (4) is is to to be a is to of s To of is a a of in in of NC in of of NC as in of of of in of C so as to 2.2 (1) is NC of of of At in as a of it be of be (2) in in be of so of is no to of to as a is of NC in of be as of as as of (3) a of of as 2 D +2 A, B, C as A of as as as of (4)LC NC LC be or LC an LC on of (5) of of it C be to in of as a of (1) of a NC PD be a to RT in 1st of By of of to of (2) to C to to of a NC at (3) of be in on be on on (4) to a of be of of NC is NC is a of as to of in of a to 3 of NC to of of a of NC C be a of a of 论文 轮毂盘的反求造型与数控加工编程 摘要： 汽车轮毂盘的反求工程技术在汽车的设计生产中应用相当广泛，它是国内汽车制造业学习国外的先进设计思想、设计理念，大大降低了产品的开发成本、缩短了研发周期、增强了企业的竞争力，为企业提供了产品的快速开发能力，是提高设计水平不可缺少的重要手段。 文章首先阐述了反求工程的基本概念、 反求工程的国内外研究概况及发展趋势，反求造型的过程， 通过对零件表面信息的获取、测量数据预处理、零件三维模型的重建和加工来完成反求工程的实现。 重点研究了汽车轮毂盘的反求造型及通过 行数控加工编程。其 次，在反求造型过程中，利用点云模型，运用反求造型的基本方法，开拓了创建思路，掌握了投影曲线、桥接曲线、截面曲线、扩大曲面、偏置曲面、扫掠曲面、直纹曲面、通过曲线网格曲面、修剪和延伸特征、变半径面倒圆特征等创建的基本技巧。再次， 通过 对轮毂盘上下表面进行创建程序、 创建加工刀具、创建几何体、工件创建、创建方法、创建操作、型腔铣切削参数的设置、加工刀具路径生成及刀具路径的模拟，完成数控加工编程。最后，通过后置处理，得到数控加工代码。 关键字 : 反求工程；点云模型；数控加工编程；数控加工代码。 指导老师签名： 论文 1 in in of a of it is to it is to of an of of of to on of to of of G C in of to to to up to to to C it C by NC 论文 毕业设计（论文） 题目 汽车轮毂盘的反求造型研究 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 二 0 年五月 论文 - 1 - 学士学位论文原创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果 ,也不包含本人已用于其 他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 论文 - 2 - 轮毂盘的反求造型与数控加工编程 摘要： 汽车轮毂盘的反求工程技术在汽车的设计生产中应用相当广泛，它是国内汽车制造业学习国外的先进设计思想、设计理念，大大降低了产品的开发成本、缩短了研发周期、增强了企业的竞争力，为企业提供了产品的快速开发能力，是提高设计水平不可缺少的重要手段。 文章首先阐述了反求工 程的基本概念、 反求工程的国内外研究概况及发展趋势，反求造型的过程， 通过对零件表面信息的获取、测量数据预处理、零件三维模型的重建和加工来完成反求工程的实现。 重点研究了汽车轮毂盘的反求造型及通过 行数控加工编程。其次，在反求造型过程中，利用点云模型，运用反求造型的基本方法，开拓了创建思路，掌握了投影曲线、桥接曲线、截面曲线、扩大曲面、偏置曲面、扫掠曲面、直纹曲面、通过曲线网格曲面、修剪和延伸特征、变半径面倒圆特征等创建的基本技巧。再次， 通过 对轮毂盘上下表面进行创建程序、 创建加工刀具、创建几何体、工件创建、创 建方法、创建操作、型腔铣切削参数的设置、加工刀具路径生成及刀具路径的模拟，完成数控加工编程。最后，通过后置处理，得到数控加工代码。 关键字 : 反求工程；点云模型；数控加工编程；数控加工代码。 指导老师签名： 论文 in in of a of it is to it is to of an of of of to on of to of of G C in of to to to up to to to C it C by NC 论文 目 录 1 引言 题的背景及意义（ 1） 内外研究概况及发展趋势（ 3） 求工程主要步骤及关键技术（ 6） 文研究的主要内容 （ 8） 2 反求轮毂盘造型 制轮毂盘外形（ 9） 建轮毂盘上的半月孔（ 11） 建轮毂盘中间小孔（ 18） 建轮毂盘上的标志 （ 24） 建轮毂盘实体（ 26） 3 基于 轮毂盘数控加工编程 建轮毂盘上表面加工程序（ 28） 建轮毂盘下表面的加工程序（ 34） 成的部分数控加工代码 （ 35） 4 总结 结（ 39） 参考文献 （ 40） 致 谢 （ 41） 论文 - 1 - 轮毂 盘的反求造型与数控加工编程 1 引言 为缩短新产品开发周期、提高产品的设计和制造质量、增强企业对市场的快速响应能力，一系列新的产品快速开发技术应运而生，如 术、反求工程技术、快速成型技术、快速模具技术、虚拟设计技术以及并行工程等。其中，反求工程(称 经成为新产品快速开发过程中的核心技术，它与计算机辅助设计、优化设计、有限元分析、设计方法学等有机组合构成了现代设计理论和方法的整体，已经成为先进制造技术的研究热点 【 1】 。 题的背景及 意义 反求工程包含有实物反求、软件反求和影像反求三个方面 【 2】 。反求工程也称为反求工程、反向工程，是对已有的零件或实物原型，利用 3D 数字化设备准确、快速的测量出实物表面的三维坐标点，并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物的型的过程。 实物原型经反求工程技术建立 型之后，可进一步利用 及先进技术进行处理，复制出实物的样品模型。图 l l 所示为反求工程技术与快速成型制造技术 (结合的工作流程图。 图 1 1 反求工程流程图 反求工程是当前用于产品开发和仿真加工制造的一种理想的并行设计、开发的最先进的手段，是制造业中消化吸收先进技术、缩短产品再设计与制造周期的重要支撑技术，是集三维内外轮廓测量、激光技术、粉末冶金及快速模具制造等技术为一体的高新技术，是快速原型、快速模具制造的核心技术之一 【 3】 。 随着新的反求工程原理和技术的不断引入，反求工程已经成为联系新产品开发过程中各种先进技术的纽带，在新产品开发中居于核心地位，被广泛地应用于摩托车、飞机、汽车、家用电器、模具等产品的改型与创新设计，成为消化、 吸收先进技术，实现新产品开发的重要技术手段。具体来说，反求工程技术的应用主要集中在以下几个方面 【 4,5】 ： 在诸如飞机、汽车、摩托车、家用电器等产品开发中，产品的空气动力学性能和美学设计显得特别重要。新产品的设计可以应用反求工程对现存产品进行模、 析，进而对 型修改，在电脑中进行全方位的动态观察， 论文 - 2 - 三维有限元分析，三维动态仿真，基本合格后，在进行三维立体打印、树脂快速激光成型或 术进行实物的数控加工，再得到远程真实的三维立体打印模型、快速激光模型或数控加工的真实产品后，再进行美学及力 学的最后评审及实验试证 ,完全能达到对同类产品的引进、消化、吸收与创新。 由于工艺、美观、使用效果等方面的原因，人们经常要对已有的构件做局部修改。在原始设计没有三维 型的情况下，若能将实物零件通过数据测量与处理产生与实际相符的 型，对 显著提高生产效率。因此，反求工程在改型设计方面可以发挥正向设计不可替代的作用。 在缺乏二维设计图纸或原始设计参数情况下，需要将实物零件转化计算机表达的 型，以便于充分利用现有的计算机辅助分析（ 计算机辅助制造（ 等先进技术，并进行产品创新设计。 某些大型设备，如航空发动机、汽轮机组等，经常因为某一零件的损坏而导致整机停止运行，通过反求工程技术，可以快速生产这些零部件的替代零件，从而提高设备的利用率并延长使用寿命。 一些特殊领域，如艺术品、考古文物的复制，医学领域中人体骨骼、关节等的复制、假肢制造，特种服装、头盔的制造时需要首先简历人体的几何模型出发得到 型。 借助于工业 术，反求工程不仅可以产生物体的外形而且可以快速发现、定位物体的内部缺陷，从而成为工业产品无损探伤的重要手段。 反求造型的过程包括以下几部 分： 产品定位设计规划： 开发新产品，必须要首先进行产品的定位。产品定位是基于充分、彻底的市场调研以得到的设计要求和其他方面比如厂方的一些要求，基于对已有产品、设计方案和同类产品的评价分析，从而得到产品的设计定位。因此在这一阶段要进行大量的调研工作和资料收集，进行设计评价，进行设计目标的确定和设计规划的制定。 概念设计阶段： 在明确了设计要求、设计目标之后，就可以进行初步的设计，可利用诸如头脑风暴法、反求发明法、缺点列举法进行方案的创新设计。 数据采样： 数据采样是反求工 程的最基本的、必不可少的步骤，它从已有的实物获取产品数据。若已有产品设计的三维数据，可直接采集。但通常是只有前代产品，这时可采用三维激光扫描仪，三维数字化仪，物体多角度照片等数字化方法来快速、准确地获取数据。 数据分析及 模的构建： 在数据采集阶段得到的数据如果是较完整的三维数据，就可以直接进入 型 论文 - 3 - 的构建阶段。当得到采样数据仅为二维数据，那么必须通过三维模型的方式构建出来，得到直观简略的产品结构外形。 在这一过程中，设计师要考虑部件在本次设计中用到的可能性，以决定其是否进行模型构建。 数 据恢复和修补、原始部件的分解： 在采样过程中，物体的某些细节的丢失是不可避免的。通过对采样数据的三维显示及结构分析，能够发现哪些数据丢失了。实际上以上所得数据是不完整的，不妨成为粗糙数据。要得到完整数据必须进行数据修复，它是反求工程的一个必不可少的步骤。 反求工程要解决的关键问题是一个设计方案能不能最终变成产品，而通常的产品是由不同部件组装而成。分解是将一个物体分解成若干个标准部件的过程。在分解过程中，必须区分每一部分的尺寸位置，不同部件之间的连接关系及连接方式以及物体表面该如何分割。 通过以上几个数据处理 步骤，得到了较完整的产品数据，产品的三维模型以构建出，这时可对产品进行二次分析和评价，以得到更加准确、细致完整的工程信息和设计信息。 设计综合： 考虑原产品的风格、色彩、功能、结构、加工等信息，结合初步方案和设计要求，对多个方案进行比较分析，从全局、整体综合考虑、权衡以确定最终的最佳方案。其确定以后还可以对它做进一步细化。细节的设计实际上体现设计师设计工作的细致性、设计理念的严密性，而且在后面的效果处理中，细节又往往成为一个设计亮点，所以应足够重视。 仿真设计： 产品的功能、设计的零部件装配 、加工工艺等的分析和检测，可利用仿真技术，快速、准确、有效的进行。在虚拟装配完成以后，在虚拟环境中对产品的各项功能进行模拟。在这个过程中，可以事先建立产品评价系统，通过计算自动判断产品设计的优劣或通过交互方式，一设计师的经验，通过观察局部细节，可以知道物体的尺寸大小是否协调，物体的表面是否光顺，以及物体表面的颜色纹理是否满足设计的要求。同时，也可以进行有限元分析、加工工艺分析等，为设计的可靠性及以后的生产提供保障 【 6】 。 内外研究概况及发展趋势 外的研究概况 论文 - 4 - 作为一种新产品开发的重要 手段，反求工程技术的研究正在受到广泛的重视，研究的领域除包括传统的机械行业外，还包括医学、考古和地理等领域的图像处理和模型恢复。反求工程技术是 20 世纪 80 年代分别由美国 3M 公司、日本名古屋工业研究所以及美国 司提出并研制开发成功的 【 7】 。从已发表的文献和会议记录来看，国内外已形成了一批长期从事反求工程研究的单位和个人，反求工程已经发展成为统中一个相对独立的研究分支，其相关的领域包括几何测量、图像处理、计算机视觉、几何造型等 【 8】 。目前，世界各国对反求工程技术都给与高度重视，在国外，如美 国、日本、英国等发达国家对反求工程技术方面的研究一直走在世界的前列，每年都有大量的研究成果问世，他们对反求工程技术的研究有许多值得我们借鉴的地方。 美国 司提供的反求工程软件 9】 ，具有强大的数据处理、曲面造型、误差检测功能，可以处理几万至几百万的点云数据，根据这些点云数据构造的 外， 计算机辅助曲面检查、曲面造型及快速样件等方面具有其它软件无可匹敌的强大功能，使它成为反求工程软件的领导者。 用的是 面模型，与 、 通用 方便的沟通。 法国达索系统公司的 体化软件，在世界 域中处于领先地位。它的数字化外形编辑器由于解决数字化数据导入、坏点剔除、匀化、截断面、特征线、外形和带实时诊断的质量检查等问题。该模块用于反求工程周期的开始阶段。快速曲面重建（ 块可以根据数字化数据方便地重建曲面。它用于分析曲率和等斜率特性的工具 ，使用户可以方便地在有关曲面区域中创建多边形线段 【 10】 。 另外还有英国 司的 国内也拥有了相当的客户群。数字化制造针对三位散乱数据测量点的表面重建，国内在此领域的研究也很热烈，并以取得一系列的成果 【 11】 。 进入 20 世纪 90 年代以来，反求工程技术被放到大幅度缩短新产品开发周期和增强企业竞争力的主要位置上。 1998 年，全球反求工程技术系统加工中心达到 331个，拥有快速成型机 660 台套，同时有 27 个快速成型设备公司， 12 个大的材料供应商， 15 个专业软件公司，再加上从事该项目的 51 个教育和研究机构以及 227 个提供赞助的基金会以及大量的激光设备应用者和真空铸造机制设备，形成了一个强大的集成体。在经过了初期 50的高速增长后，世界快速制造业正步入稳定增长期，年增长率保持在 17左右。在越来越激烈的市场竞争中，反求工程技术在先进工业国家 论文 - 5 - 中被有远见的企业采用，特别是在家电、汽车、玩具、轻工、建筑、医疗、航空航天、兵器等行业得到推广，并取得重大的经济效益。 内的研究概况 国内在反求工程技术领域的表面重建方面做了大量的探索研究工作，并取得一批十分可喜的成果。但同国外相 比，国内研究起步晚经费投入少，限制了高水平研究的开展，创新性的研究不多，在世界学术领域还没有形成较大影响力。较早从事反求研究工程研究的单位多为高等院校，如浙江大学、清华大学、华中科技大学、西安交通大学、西北工业大学等，取得了非常可喜的成果，并逐步向市场推广 【 12】 。 浙江大学开展了对反求工程中曲面造型技术的研究，并推出了 求工程系统软件。在 统软件中，首先对数字化点建立三角形网格模型。利用这一模型对曲面的特征进行辨识，然后利用辨识的结果和用户给定的误差多三角形网格进行必要的简化和 调整，使得网格表示的曲面模型与实物一致，最后在三角形网格的网孔内构造三角 面的去面片，各个相邻曲面片间要实现 续 【 13】 。 华中科技大学开发了是三维激光彩色扫描系统 31995 年获得了国家专利。 清华大学激光快速成型中心进行了照片反求、 求研究。照片反求是通过提取实物照片的几何信息，重构实物的 型。有了 型，就可以用 统制造出该物体的原型。 求是利用人体器官或工业零件的 片扫描文件，通过图像处理，提取物体的平面轮廓线，并通过层片间的插值，得到可以被 统接受的层片文件格式。 西安交通大学 14】 。该系统包含有 3 个功能模块：层析数据处理、特征识别、三维实体重构。数据是通过层去测量得到的，避开由于 设备造价昂贵，且测量精度不高的不足。层析数据处理就是通过图像处理技术提取边界轮廓以得到断面轮廓数据环。 总体来讲，由于缺乏自主的 件的支撑，以及反求工程的上游测试设备和下游应用 (本为国外产品，使得国产软件 产品在设备接口、数据转换和应用上一直滞后与世界上相关产品，开发的软件显得势单力薄，与国外软件相比处于竞争劣势，因此，如何将反求工程系统地应用于工业产品创新设计，如何根据工业设计的需求来开发合适的反求工程系统，还处于摸索阶段 【 15】 。 求工程技术发展趋势 反求工程是一门发展十分迅速的新兴学科，覆盖了许多技术领域。目前这项技术 论文 - 6 - 以推广到设计和新产品的开发中，它的应用可大大降低产品的开发成本、缩短研发周期、增强企业的竞争力。尤其是反求工程与快速原型、快速模具技术的结合更形成了一套快速响应的制造路线，为 企业提高产品的快速开发能力。可以说，随着市场竞争的激烈，此项技术将越来越发挥出其独特的作用。 当前反求工程的理论和方法研究的重点在如下两个方面： 针对不断发展的高速、高精度的测量设备，需要研究和开发一种智能化的反求工程方法及其理论，能对散乱测量点数据点、多视和补测数据点的几何、拓扑关系自动确定，能对测量数据“点云”中包含的几何特征只能提取。 将反求工程方法与快速设计、制造环境有机结合起来，实现产品的快速设计和创新。只有将反求工程中建模部分与整个制造环境中的设计修改、性能分析、快速原型制造等模块结合起来， 引入并型设计、反馈设计的思想，才能彻底发挥其在快速设计中的作用。 目前反求工程还有许多理论和关键技术问题未能得到彻底解决：造型精度需要进一步的提高；测量建模算法的有效性、建模效率，以及所建 型的误差（测量、算法误差）分析还有待于深入研究；另外，面向 反求工程系统在设备价格方面相对来说还比较昂贵；在工作过程中，需要适时的进行人工干预；在快速响应市场方面也有待于加强。可以预计反求工程系统的发展趋势是向自动化、柔性化、快速化方向进一步发展 【 16】 。 求工程主要步骤及关键技术 反求工程的主要实 现步骤包括：零件表面信息的获取、测量数据预处理、零件三维模型的重建和加工。 件表面信息获取 零件表面信息的获取需要测量零件表面的形状信息。在实际应用中，测量方法有很多种，大体可分为接触式和非接触式两种。测量方法如图 1示。 论文 - 7 - 接触式的测量方法精确度高，但测量效率低，装夹过程复杂耗时，容易受到被测物体形状的限制。现在产品的形状日趋复杂，凸台、深孔、自由曲面等测量障碍区或不易测量的表面也在增多，测量过程中可能会出现测量探头与被测零件发生碰撞的情况，同时增加了大量的测量时间。 非接触式测量一般使 用声波、光线、磁场等基本物理模拟量的特性和原理，将物理模拟量通过一定的算法转化成坐标值 【 17】 。非接触式测量所获得的坐标数据值总量往往非常大，并且比较散乱，对于一些特征点如尖角、棱边往往需要通过特定的处理软件进行数据分片。 目前，非接触式测量方法在实际生产中得到越来越多的应用，通过这种方法测得的数据非常庞大，并常常带有杂点、噪声点，这些都会影响到后续的处理过程。因此，需要进行必要的处理来获得满意的数据，即数据的预处理过程。 据预处理 数据采集过程结束后，需要对采集到的海量数据进行处理才能够进一 步应用。这些处理过程包括多视点云的拼合、点云过滤、数据精简和点云分块等。 (1) 多视点云的拼合 多视点云的拼合是由于在测量过程中，有些复杂型面存在投影编码盲点或视觉死区，需要从其他方向进行补测，或者大型零件受测量系统规格的限制必须分段测量，导致无法一次完成对整个零件的测量过程。多次测量所得的多个独立的子区域称为多视点云。多视点云的拼合即把各次测量对应的局部坐标统一到同一坐标系，并消除两次测量间的重叠部分，使之成为完整点云，从而得到被测物体表面的完整数据。 论文 - 8 - (2) 点云过滤 点云过滤需要进行误差点的识别、去 除和数据平滑的工作。由于测量设备的标定参数发生改变或测量环境突然变化、人工操作误差，会造成误差点的产生。噪声点是由于测量过程中受到各种人为或随机因素的影响而产生的，它的存在会影响后续的模型重建及生成的模型质量，数据平滑主要是针对完整点云中的大量的噪声点进行处理。对点云进行平滑滤波，可得到精确的模型和高质量的特征提取效果。 (3) 数据精简 数据精简的问题主要产生在基于激光扫描测量造型的过程中。由于激光扫描测量每分钟会产生成千上万个数据点，直接对点云进行造型处理会造成整个过程的难以控制以及效率低下，因此要在保 证一定精度的前提下减少数据量，对点云进行精简。 (4) 点云分块 点云分块是根据组成实物外形曲面的子曲面类型，将属于同一类型的数据成组，把所有数据划分成代表不同曲面类型的数据域。这是由于在实际产品里只由一张曲面构成的情况不多，产品形面多数是由多张曲面混合而成。点云分块是为了利于后续的模型重建工作。 型重构 模型重构是利用产品表面的散乱点数据，通过插值或者拟合来还原产品原形，目前的建模手段分为两大类：三角域 面拟合和矩形域参数曲面拟合。其中矩形域参数曲面拟合方法是应用较多的一类，许多 研究成果已成为成熟技术，如 B 样条曲面和 面等，在实际中得到了广泛应用 【 18】 。 文研究的主要内容 本文重点研究汽车轮毂盘反求造型的过程及基于 轮毂盘数控加工编程。研究的主要内容如下： 1）引言。主要介绍反求工程的概念，反求工程的国内外研究概况及发展趋势以及反求造型的基本步骤和关键技术。 2）反求轮毂盘造型。分析点的组成，创建六个半月形孔和四个小孔特征及绘制标志。 3）基于 轮毂盘数控加工编程。对轮毂盘上下表面进行创建程序、 创建加工刀具、创建几何体、工件创建、创 建方法、创建操作、型腔铣切削参数的设置、加工刀具路径生成及刀具路径的模拟。 4）总结。对所做工作进行总结。 论文 - 9 - 2 反求轮毂盘造型 制轮毂盘外形 打开轮毂盘的点云 文件 1）设置圆弧颜色为黑色 选择“ 首选项” /“对象”，“类型”下拉框中选择“圆弧”，在颜色栏点击颜色区，选择黑色 。 2）设置图层 选择“格式” /“图层的设置”，选择第 3、 5、 6、 7、 8 层，设置为不可见，完成层设置操作，只显示绿色点。 3）绘制圆弧 以“起点，终点，圆弧上的点”方式绘制圆弧，按顺序一次选三个点连 接画弧，接着按照上面的方法，绘制右边相邻的圆弧，完成创建圆弧。 4）桥接曲线 论文 - 10 - 选择“插入” /“来自曲线集的曲线” /“桥接”，取消“关联输出”复选框前面的勾，然后在图形中依次选择两条曲线，创建桥接曲线。由于不贴点，可以在“桥接曲线”对话框中“相切幅值”栏第一曲线选项中移动滑块至适当位置，使桥接曲线贴点，创建桥接曲线。 5） 绘制整圆 选择菜单“格式” “图层的设置”选择第 3 图层为可选，其余为不可见； 再在选择菜单“插入” “曲线” “基本曲线”中选择圆弧，选择“整圆”，取消“线串模式” ，完成整圆绘制。 6） 修剪曲线 选择菜单“格式” “ “原点”，将坐标原点设在上图所示圆的圆心位置上；在选择菜单“插入” “曲线” “基本曲线”中选择修剪，取消“修剪边界对象”选择“线性”，取消“关联”选择“替换”，选择圆心，修剪上面所做的曲线，完成修剪。 7） 连结曲线 选择菜单“插入” “来自曲线集的曲线” “连结”，取消“关联”， “输出曲线”选“替换”， “输出曲线类型”选“常规”，连结上图中的曲线。 论文 - 11 - 8） 创建回转片体 选择菜单“插入” “设计特征” “回转”， “指定矢量”选择 z 轴，“指定点”选择上图中的圆心，完成回转。 9） 将曲线移至 200 层 选择菜单“格式” “移动至图层”，将曲线移至 200 层。 建轮毂盘上的半月孔 1） 创建截形体曲面 先绘制圆弧，编辑曲线长度，桥接曲线，连结曲线； 选择菜单“插入” “网格曲面” “截面”，选择“由圆相切创建截面”， “剖切方法”选“圆角圆弧”， “半径规律”的“规律类型”为“恒定”， “ U 向阶次”为二次，“ V 向阶次”为三次，起始引导线和脊线都为曲线 1，“半径规律”的“值”为 23，曲线 2“半 径规律”的“值”为 15，“起始面”为回转曲面，完成曲面创建。 2） 扩大平面 论文 - 12 - 在工具栏内找“扩大”图标，“模式”选“自然”，取消“编辑副本”，依次扩大平面 1， 2，完成扩大平面。 3） 修剪半月孔 选择菜单“插入” “修剪” “修剪的片体”修剪图回转的曲面，以平面1,2 为边界对象，完成修剪。 4） 将曲线移至 200 层 选择菜单“格式” “移动至图层”，将曲线移至 200 层。 5） 创建面倒圆特征 选择菜单“插入” “细节特征” “面倒圆”， “圆角面”选“修剪至长输入面”，取消“修剪 输入面至倒圆面”，依次选择平面 1 和 2，注意圆心矢量向外，“倒圆横截面”的“形状”选“圆形”， “半径方法”选“恒定”， “值”输入 5，完成面倒圆。 论文 - 13 - 6） 复制曲面 在工具栏内找 “ 扩大”图标，选择 “ 编辑副本”， “ 调整大小参数”都设为 0，点击确定。 7） 创建修剪体特征 选择菜单 “ 插入” “ 修剪” “ 修剪体”，选择上步中复制的曲面为 “ 选择体”，“ 指定平面”选 ,方向向左，完成修剪体。 8) 创建面倒圆特征 选择菜单 “ 插入” “ 细节特征” “ 面倒圆”， “ 圆角面”选 “ 修剪至长输入面”，取消 “ 修 剪输入面至倒圆面”，依次选择平面 1 和平面 3，注意圆心矢量向外， “ 倒圆 论文 - 14 - 横截面”的 “ 形状”选 “ 圆形”， “ 半径方法”选 “ 恒定”， “ 值”输入 5，完成面倒圆。 9) 抽取曲线 在工具栏内找到“抽取曲线”图标，依次抽取上图中平面 1、 2 和两个倒圆面的边缘曲线。 10) 将辅助面及圆角面移至 200 层 选择菜单 “ 格式” “ 移动至图层”，将上图中辅助面平面 3 和两个倒圆面移至200 层。 11) 投影曲线 选择菜单 “ 插入” “ 曲线” “ 基本曲线”，选择直线，取消 “ 线串模式”， “ 点方式”选 “ 端点”依次绘制四条直线。 论文 - 15 - 再在 选择菜单 “ 插入” “ 来自曲线集的曲线” “ 投影”， “ 投影方向”选 “ 沿矢量”， “ 矢量”选 z 轴，取消 “ 关联”， “ 输出曲线”选 “ 替换”，完成投影。 12)创建修剪片体特征 选择菜单 “ 插入” “ 修剪” “ 修剪的片体”，按上图所示的四条投影曲线修剪平面 1、 2，完成修剪。 13) 创建桥接曲面特征 在工具栏中找到“桥接”图标，桥接上图中的曲面，完成效果如图所示。 14) 创建偏置曲面特征 选择菜单 “ 插入” “ 偏置缩放” “ 偏置曲面”，取消 “ 逼近偏置面”， “ 偏置”输入 “ 桥接”曲面，完成曲面 偏置。 论文 - 16 - 15) 创建修剪和延伸特征 先创建两条直线，再扫掠成平面，然后在工具栏内找到 “ 修剪和延伸”图标， “ 类型”选 “ 直至选定对象”， “ 延伸方法”选 “ 自然曲率”，完成修剪和延伸。 16) 创建修剪片体特征 选择菜单 “ 插入” “ 修剪” “ 修剪的片体”，修剪上图中的扫掠平面，完成修剪。 17) 将曲线移至 200 层 选择菜单 “ 格式” “ 移动至图层”，将曲线移至 200 层。 18） 修剪片体 先绘制 30和 200 的两条直线，选择菜单 “ 插入” “ 修剪” “ 修剪的片体”，修剪上图中的片体。 论文 - 17 - 19） 旋转片体 选择菜单 “ 编辑” “ 移动对象”， “ 指定矢量”为 z 轴， “ 指定轴点”为坐标原点， “ 结果”选 “ 复制原先的”， “ 距离角度分割”为 1， “ 非关联副本数”为 5， “ 角度”为 60，完成旋转。 20） 缝合曲面 选择菜单中 “ 插入” “ 组合体” “ 缝合”，缝合上图中的片体。 21） 偏置缝合曲面 论文 - 18 - 将上图中的缝合曲面偏置 果如图。 22） 修剪片体 创建扫掠平面，如图； 修剪片体，结果如图。 建轮毂盘中间小孔 1） 绘制直线、隐藏直线和第三排点 绘制两条直线绿色 ，两条青色直线；隐藏直线和第三排点；再颠倒隐藏，效果如图。 论文 - 19 - 2） 创建扫掠平面 绘制两条相交直线，选择菜单 “ 插入” “ 扫掠” “ 扫掠”，完成效果如图。 3） 绘制整圆 以上步中的扫掠平面“修剪”四条直线，利用端点绘制整圆，如图所示。 同理可绘制另个整圆，结果如图所示。 论文 - 20 - 4） 创建通过曲线曲面 选择菜单 “ 首选项” “ 建模”， “ 常规”中 “ 体类型”选 “ 图纸页”， “ 自由曲面”中 “ 自由曲面构造结果”选 “ 曲面”，完成建模设置。 在工具栏中找到“通过曲线组”图标，依次选 取上图中的两个整圆，完成曲面创建。 5） 扩大面 在工具栏内找到“扩大”，将上图中曲面扩大完继续扩大依次，完成效果如图所示。 6） 创建扫掠平面 创建扫掠平面并向 方向偏置 成曲面偏置。 论文 - 21 - 7） 修剪曲面 先修剪扫掠曲面，在将其边缘曲线“投影”到偏置曲面，然后利用投影曲线的圆心做整圆，继续修剪偏置曲面及扩大平面，完成效果如图所示。 8） 创建通过曲线曲面 通过圆 2、圆 3 完成曲面（ 扩大平面相切），在通过圆 1、圆 2 完成曲面，然后面倒圆，“半径”为 3 完 成面倒圆，最后完成修剪。 9） 创建截面曲线 选择菜单 “ 插入” “ 来自体的曲线集” “ 截面”， “ 指定平面”的 “ 类型”选 论文 - 22 - “ 曲线和点”，依次选取三个蓝色点，完成截面曲线的创建。再在工具栏内找到 “ 抽取曲线”图标对扩大平面的进行曲线抽取，然后应用 “ 曲线倒圆”命令完成曲线倒圆，继续将上面得到的曲线组投影到 面，最后完成曲线的 “ 连结”，完成效果如图所示。 10） 拉伸曲线并旋转片体 拉伸连结曲线，得到片体；再旋转片体。 11） 创建变半径面倒圆 创建相交曲线；选择菜单 “ 插入 ” “ 细节特征” “ 面倒圆”， “ 倒圆横截面”的 “ 形状”选 “ 圆形”、 “ 半径方法”选 “ 规律控制的”、 “ 规律类型”选 “ 沿脊线的三次”，以相交曲线为脊线， “ 指定新位置”选择 “ 控制点”，取相交曲线的控制点，分别输入半径 4、 7、 7、 12 完成变半径面倒圆；修剪扩大平面，完成效果如图所示。 12) 创建偏置曲面、修剪片体 缝合 10）步的所有曲面并向 方向偏置 3；在修剪拉伸片体及偏置曲面，最 论文 - 23 - 终效果如图所示。 13) 创建通过曲线网格曲面、直纹面 通过桥接曲线，完成曲线网格曲面的创建；再创建直纹面；然后旋转 片体。 14) 旋转小孔曲面 选择菜单 “ 编辑” “ 移动对象”，旋转小孔曲面，完成效果如图所示。 15) 创建修剪的片体特征 选择菜单 “ 插入” “ 修剪” “ 修剪的片体”，修剪片体，结果如图所示。 论文 - 24 - 建轮毂盘上的标志 1)设置图层 选择菜单 “ 格式” “ 图层的设置”选择第 8 图层为可选，其余为不可见。 2） 投影曲线 选择菜单 “ 插入” “ 来自曲线集的曲线” “ 投影”，选择所有点、 面（距离 点击确定按钮，完成投影。 论文 - 25 - 3） 绘制圆弧及创建艺术样条曲线 选择菜单“插入” “ 曲线” “ 基本曲线”和 “ 插入” “ 曲线” “ 艺术样条”，绘制曲线，效果如图所示。 4） 创建拉伸片体特征及修剪片体特征 选择菜单“插入” “设计特征” “拉伸”， “起始值”和“结束值”输入0、 200，点击确定，效果如图所示； 选择菜单“插入”“裁剪” “修剪的片体”修剪上面得到的片体，完成效果如图所示。 5) 创建扫掠曲面及修剪片体特征 论文 - 26 - 选择第 8 图层，显示点，任选四点做两条相交直线（无界） ，在选择菜单“插入” “扫掠” “扫掠”，扫掠效果如图所示。 选择菜单“插入” “裁剪”“修剪的片体”修剪上面得到的片体，完成效果如图所示。 建轮毂盘实体 选择菜单中“插入” “组合体” “缝合”，选择所有片体为目标片体，单击应用按钮，此时片体已经缝合成实体，如图所示。 论文 - 27 - 论文 - 28 - 3 基于 轮毂盘数控加工编程 建轮毂盘上表面加工程序 1）创建程序 在“加工创建”工具条中单击“创建程序”按钮，系统弹出 “创建 程序”对话框，在“类型”下拉列表中选择 项。在“程序”下拉列表中选择项。在“名称”文本框中输入 单击两次“确定”按钮，完成创建程序操作，如图 3 1 所示。 图 3 1 “创建程序”对话框 2）创建加工刀具 在“加工创建”工具条中单击“创建刀具”按钮，系统弹出“创建刀具”对话框，在“类型”下拉列标中选择 项。在 项框中单击“铣刀”按钮。在“刀具”下拉列表中选择 项，在“名称”文本“中输入 图 3 2 所示。单击“应用”按钮进入“刀具参数设置”“话框，在此对话框中设置参数，单击“确定”完
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