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1、广东机电职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目:逆向工程在塑料玩具生产的应用专 业: 数控技术应用 班 级: 学生姓名: 学 号: 09 指导教师: 上交时间: 2006年 06月 01日广东机电职业技术学院毕业设计(论文)任务书学 生姓 名温国韩学号09班级0308年级03级专业数控技术应用通信地址汕头市澄海区莲下镇云二管理区邮 政编 码515834E-mail地址电话49设计(或论文)题目逆向工程在塑料玩具生产的应用选题背景(打算从事何工作,设计或论文选题与所学专业及毕业实习有何关系)使用Pro-E从事玩具产品的设计与造型绘制指导教师组成员姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式
2、王浩副教授主要从事数控机床电气控制与逆向工程应用方面的研究设计(论文)内容:第1章 逆向工程应用简述1.1 逆向工程的结构1.2 逆向工程的社会背景第2章 模型数据采集2.1 坐标数据采集方法2.2 激光三坐标扫描仪介绍第3章 逆向工程应用关键环节3.1 Pro/ENGINEER软件介绍3.2 Pro/ENGINEER曲面建模3.3玩具产品建模方法第4章 塑料玩具生产设计简介4.1 Surfacer软件应用4.2 Pro/ENGINEER软件应用学生在该设计中具体完成的工作:玩具汽车模型的绘制,材料收集并组织主要参考文献、资料:1林清安.Pro/ENGINEER零件设计.清华大学出版社2杨峰,
3、黄效贺.Pro/E Wildfire 2.0曲面设计技巧与实例.中国铁道出版社3刘之生,黄纯颖.反求工程技术.机械工业出版社4王京美,王德斌,刑 渊.逆向工程技术在模具制造中的应用.上海交大模具技术研究所5季劲松.逆向工程中三坐标测量数据的研究与系统开发.浙大化机所 教研室审批意见教研室负责人:年 月 日系部审批意见审核人签字: 年 月 日备注1、任务书由指导教师填写,一式二份。其中学生一份,指导教师一份。2、审批若不能通过,需重新填报此表。不通过的原因如下:(请画标明)A、 设计(论文)内容不足,应增加内容; B、设计(论文)内容不明确,应以目录形式写明内容; C、必须有具体的设计对象; D
4、、雷同;(同学之间或其它方面雷同) E、其他原因;广东机电职业技术学院毕业设计(论文)目录摘要2第1章 逆向工程应用简述31.1 逆向工程的结构31.2 逆向工程的社会背景4第2章 模型数据采集52.1 坐标数据采集方法52.2 激光三坐标扫描仪介绍5第3章 逆向工程应用关键环节63.1 Pro/ENGINEER软件介绍63.2 Pro/ENGINEER曲面建模63.3玩具产品建模方法7第4章 塑料玩具生产设计简介94.1 Surfacer软件应用94.2 Pro/ENGINEER软件应用11结束语 13参考文献 14摘 要塑料玩具的发展主要是从玩具的造型和智能化两个方向,逆向工程在玩具快速成
5、型和曲面造型构建得到广泛应用。本文介绍逆向工程在塑料玩具生产设计的流程和实现方法。着重从模型来源,模型数字化,Pro/ENGINEER曲面建模等方面入手,强调逆向工程在塑料玩具生产中应用的现实意义。关键词: 逆向工程;Surfacer;Pro/ENGINEER;塑料玩具第1章 逆向工程应用简述 在塑料玩具产品的设计过程中,为了使产品更为美观或实现某些特殊的性能要求,要求其外表面光顺而富于变化,通常此类产品是由复杂的自由曲面拼合而成的,由于在概念设计阶段很难用严密统一的数字语言来描述,故而许多塑料玩具产品的初始模型必须通过对事先造出的泥制或木制的模型进行测量,再以此为依据,反求出实物模型。这种以
6、实物模型为依据来生成几何模型的设计方法即为逆向工程。1.1逆向工程的结构随着测量仪的普及、精度的提高,以及工业越来越强调美学、效率、个性化设计,逆向工程以其先进的技术、快捷的方式、完美的造型而广泛应用于众多的领域,如在汽车、航空、家电、雕塑等行业,随处可见造型优美的反求产品。现在反求技术正被越来越多的人看好,而且已由贵族技术转向平民化,表现出了巨大的经济前景。如图1-1所示,给出了一个比较完整的逆向工程的结构示意图。模型数字化数据预处理特征提取数据分割曲面重构三角形网格快速成型数控加工系统CAD/CAM系统图1-1 逆向工程的结构示意图1.2逆向工程的社会背景进入新世纪以来,世界范围内的竞争将
7、日趋激烈,尤其是工业领域的竞争更加白热化,市场对产品设计的要求也发生了根本的变化,多品种,小批量替代了少品种大批量的传统生产模式,这就导致了要求降低产品、缩短设计和生产周期、提高产品质量。反求设计方法在与传统设计方法相结合的同时,还与计算机辅助测量技术、CAD技术等紧密地联系在一起。反求设计中往往会遇到一些复杂的零部件,一般不能直接建立CAD模型,必须借助于先进的计算机辅助测量技术(三维扫描技术)来获取零部件的3D数据,并经过计算机处理之后,进行CAD建模,然后在此基础上进行创新设计。反求工程作为对已有产品进行数据测量拟合、分析、改进设计,实现新产品开发的一种最佳手段,比从设计概念完成产品的开
8、发的路要捷径的多,因而有效地支持了新产品响应市场的速度。可以输出快速原型制作及模具加工的多种数据格式,支持客户的不同用途。三维扫描仪(三坐标测量)点云数据(三坐标数据)反求工程软件或其他CAD三维实体数据进一步设计修改NURBS曲面数CAM加工STL数据快速成型目前,与这种从实物样件获取产品数学模型相关的技术,已发展为CAD/CAM系统中的一个相对独立的研究领域,即“反求工程”(Reverse Engineering),或称反向工程、逆向工程等。如图1-2所示,为其示意图。图1-2 逆向工程的结构示意图第2章 模型数据采集2.1坐标数据采集方法坐标数据采集是逆向工程中的第一个环节,是数据处理、
9、模型重建的基础。现有的数据采集方法大概可以分为以下面几类:1)简单工具的手工测量;2)机械三坐标测量机测量的有序点数据;3)激光、数字成像的三坐标测量数据,即大批量、无序的点云数据。2.2激光三坐标扫描仪介绍目前最流行的模型数据采集方法是激光三坐标扫描仪测量数据。三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术,主要用于对物体空间外形和结构进行扫描,以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号,为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。高速三维扫描及数字化系统在反求工程中发挥着巨大作用,该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能
10、,大大缩短了模具的研制制造周期。三维扫描技术能实现非接触测量,且具有速度快、精度高的优点。而且其测量结果能直接与多种软件接口,这使它在CAD、CAM、CIMS等技术应用日益普及的今天很受欢迎。三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备,因其测量速度快、精度高,非接触,使用方便等优点而得到越来越多的应用。用三维扫描仪对手板,样品、模型进行扫描,可以得到其立体尺寸数据,这些数据能直接与CAD/CAM软件接口,在CAD系统中可以对数据进行调整、修补、再送到加中心或快速成型设备上制造,可以极大的缩短产品制造周期。第3章 逆向工程应用关键环节3.1 Pro/ENGINEER软件介绍Pro/ENGINEER是一
11、套涵盖了由设计至生产的机械自动化软件,是新一代的产品造型系统,是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功能。PTC的系列软件已经深入工业设计和机械设计等各项领域,包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造和产品数据管理,并提供了最全面、集成最紧密的产品开发环境。 Pro/ENGINEER高级曲面扩展功能提供了逆向工程的设计规范管理、参数化曲面建模和直接曲面建模等高性能工具。Pro/ENGINEER的交互式曲面设计扩展功能 (ISDX)定义了新一代曲面处理技术。这一新工具具有独特的自由形状曲线和曲面建模功能,并具有高级的互用性和灵活性。它能让设计人员和工程师在一种完全自由式参数化建模
12、环境中工作,这样就能保证设计和工程的真正集成。通过在Pro/ENGINEER的参数化建模基础内建立复杂的自由形状几何体,ISDX能让设计人员和工程师在一种具有极大设计灵活性、独特的环境中工作。 3.2 Pro/ENGINEER曲面建模Pro/ENGINEER曲面建模是逆向工程应用的关键环节。在玩具产品的开发建模中,通常采用三坐标扫描仪测量的数据,经过Surfacer软件对采集的数据处理成三维线圈框架,保存为IGS格式,然后把处理完的文件导入Pro/ENGINEER作为参考几何。这种建模方式比较特别,它没有传统画图的提供的图纸,只是以三维线圈尺寸为基础,以构图手板为基准。构图手板是玩具产品的原型
13、,三维线圈是构图手板的数字化模型。三维线圈保证Pro/ENGINEER曲面设计时不会发生大的尺寸偏差,构图手板反映的是产品的细节结构,在Pro/ENGINEER曲面设计时提供造型要求,在此基础上优化模型结构,保证达到模具设计的要求和玩具造型的要求。玩具产品的建模主要是用Pro/ENGINEER曲面建模的高级功能。如可变截面扫描,其中纵截面可以由用户自定义图表或数学函数控制;混合曲面,曲面偏距,扭曲里面的特殊功能也充分地应用。Pro/ENGINEER玩具曲面建模,首先要合理把模型分割成几部分,考虑处理好曲面间的连接,其次要确定参考平面,然后定基准点,构造基准曲线,用边界或扫描的方式建立基础曲面。
14、合理连接,处理好碎曲面。3.3 玩具产品建模方法玩具产品的外观形状多由自由型曲线曲面组成,其共同点是必须保证曲面光顺。曲面光顺从直观上可以理解为保证曲面光滑而且圆顺,不会引起视觉上的凹凸感。要保证构造出来的曲面既光顺又能满足一定的精度要求,就必须掌握一定的曲面造型技巧。3.3.1 化整为零,各个击破用一张曲面去描述一个复杂的玩具外形是不切实际和不可行的,这样构造的曲面往往会不光顺,产生大的变形。这时可根据应用软件曲面造型方法,结合产品的外形情况,将其划分为多个区域来构造几张曲面,然后将其缝合,或用过渡面与其连接。3.3.2 建立光顺的曲面片控制线曲面的品质与生成它的曲线即控制线有密切关系。因此
15、,要保证光顺的曲面,必须有光顺的控制线。曲线的品质主要考虑以下几点:1)满足精度要求;2)曲率主方向尽可能一致;3)曲线曲率要大于将做圆角过渡的半径值。3.3.3 将轮廓线删繁就简再构造曲面我们看到的曲面轮廓往往是已经修剪过的,如果直接利用这些轮廓线来构造曲面,常常难以保证曲面的光顺性,所以造型时在满足零件的几何特点前提下,可利用延伸、投影等方法将3d轮廓线还原为2d轮廓线,并去掉细节部分,然后构造出“原始”曲面,在利用面的修剪方法获得曲面外轮廓。3.3.4 从模具的角度考虑产品的三维造型的最终目的是制造模具。因此,在三维造型时,要从模具的角度去考虑,在确定产品出模方向后,应检查曲面能否出模,
16、是否有倒扣现象(即拔模角为负角),如发现有倒扣现象,应对曲面的控制线进行修改,重构曲面。这一点往往被忽略,但却是非常重要的。3.3.5 曲面光顺评估在构造曲面时,要随时检查所建曲面的状况,注意检查曲面是否光顺、是否扭曲、曲率变化情况等,以便及时修改。可显示曲面上的等高斯曲率线,进而显示高斯曲率的色彩光栅图像,从等高斯曲率线的形状与分布、色彩光栅图像的明暗区域及变化,直观地了解曲面的光顺性情况。第4章 塑料玩具生产设计简介目前市面塑料玩具的生产品种繁多,玩具产品的造型和智能化成为市场竞争的关键。玩具产品的造型是玩具开发和设计的重要环节。目前的玩具模型开发主要是通过已有的产品模型优化或者手工手板造
17、型实现的。无论哪种方式,都需要将模型数字化。模型的数字化主要是通过三坐标扫描仪实现的。Surfacer软件是三坐标扫描仪(测量仪)的配套软件,是专门用于处理数字化模型(点云数据)的。Pro-E软件是将Surfacer软件处理后的数字模型(线圈模型)作为参考基准的。下面以玩具小车车壳模型的例子介绍建模过程。4.1 Surfacer应用现在市场上较为流行的反求软件比较多,Imageware公司开发的Surfacer以其强大的功能,受到众多消费者的青睐。 它具有友好的输入输出接口,可以接受几十种数据格式,方便的与同类软件进行数据交流。它主要包括四大功能模块,即点处理、线处理、面处理和快速成型模块。同
18、时还包括显示、编辑、检测等辅助功能。现在使用Surfacer为工具,处理三坐标扫描仪处理的点云。三坐标扫描仪测量的测量的数据点,点按照空间的曲面的位置分布,类似云的形状,故叫点云。如图4-1所示,为三坐标扫描仪的点云数据导入Surfacer软件的效果图。图4-1 点云导入Surfacer软件的效果图 如图4-2所示,为点云数据在Surfacer软件里面的网格处理图。在Surfacer软件中,将点云数据分散,处理成空间线圈。因为整个点云数据导入Pro-E中,点云数据密度大,严重影响软件的运行速度,和处理效率。在Surfacer软件的处理方法:1、 以点云模型的X方向拉虚拟截面,设置截面间距;2、
19、 隐藏点云模型,将截面截出的点转化成线;3、 用以上方法分别处理Y和Z方向的点;4、 删除X、Y、Z三个方向的点数据;5、 将X、Y、Z三个方向的线圈合并在一起,即为下图的线圈模型;6、 保存为igs格式文件。图4-2 用Surfacer软件进行点云网格处理的处理图 4.2 Pro-E软件的应用(1)Surfacer软件处理的网格文件导入Surfacer软件将三坐标扫描仪提供的空间点云数据处理成三维网格,保存为igs格式文件导入Pro-E软件。如图4-3所示,为Surfacer软件处理的网格文件导入Pro-E后的效果图。图4-3 Surfacer软件处理的网格文件导入Pro-E后的效果图(2)
20、Pro/ENGINEER曲面建模Pro/ENGINEER曲面建模在玩具建模的应用主要是以Surfacer软件处理的网格数据作为参考基准,合理分割模型曲面,合理处理曲面连接,处理好小碎曲面建立高级圆角。通过一系列的曲面操作,构造玩具模型。如图4-4所示,Pro/ENGINEER曲面建模在建模完成后的效果图。图4-4 Pro/ENGINEER曲面建模在建模完成后的效果图(3)应用实例通过以上塑料玩具生产设计的简单介绍,我们对塑料玩具设计的方法和流程比较清晰。灵活地处理曲面模型曲面的分割,合理应用好Pro/ENGINEER曲面建模的功能,就可以满足客户的设计要求,设计出形式多样,富有艺术性的曲面模型
21、。下面以10个曲面模型反映逆向工程的应用,展示Pro/ENGINEER曲面建模的价值。结束语通过逆向工程应用流程和应用关键环节的介绍,我们进一步认识产品建模的新方法。对Pro/ENGINEER的应用有新的认识。现在,Pro/ENGINEER的交互式曲面设计扩展功能(ISDX)的推出,标志着PTC已将直观的自由形状曲面处理建模工具集成到世界最优秀的建模软件中。这种独特的设计功能允许设计人员和工程师利用强大的参数化建模工具来建立自由形状曲面。直观的建模环境能让客户采用一种清晰的过程方法来完成设计,从而在提高效率的同时,进一步促进逆向工程应用的发展! 参考文献1林清安.Pro/ENGINEER零件设
22、计.清华大学出版社2杨峰,黄效贺.Pro/E Wildfire 2.0曲面设计技巧与实例.中国铁道出版社3刘之生,黄纯颖.反求工程技术.机械工业出版社4王京美,王德斌,刑 渊.逆向工程技术在模具制造中的应用.上海交大模具技术研究所5季劲松.逆向工程中三坐标测量数据的研究与系统开发.浙大化机所 14广东机电职业技术学院毕业设计(论文)评语学 生姓 名温国韩学号030809班级0308专业数控技术设计(论文)题目逆向工程在塑料玩具生产的应用指导教师王浩平时考核评语 指导教师:设计(论文)考核评语评阅教师:答辩评语 答辩小组组长:备注学生毕业设计(论文)成绩评定表题目 逆向工程在塑料玩具生产的应用
23、学号 030809 姓名 温国韩 班级 0308 专业_ _ _数控技术应用_ 成绩类别评 定 依 据评分教师签名设计(论文)平时成 绩(占总评30%)1、学生的完成态度和投入的时间、精力情况。2、学生对基础知识、专业知识和技术的掌握情况。3、学生分析、解决问题的能力情况。4、学生运用基本技能获取、利用信息的情况。指导教师:设计说明书(论文)成 绩(占总评50%)1、设计(论文)的理论分析与运用的正确性和实践证实情况。2、设计(论文)的创新情况。3、设计说明书(论文)结构的合理和条理清晰情况。4、设计说明书(论文)的形式和完整性情况。评阅教师:设计(论文)答辩成 绩(占总评20%)1、对设计(论文)表述的正确性、合理性和规范性。2、对设计(论文)的主线和重点的把握情况。3、所学知识在设计(论文)中的融合情况。4、回答问题的准确度、完整度和速度。 注:凡是在答辩中不能清楚地表述设计(论文)的基本思想与内容,针对设计(论文)本身的问题基本上不能回答的和有明显的请人代笔的学生,其总评成绩一律为“不及格”。答辩小组组长:总评成绩以上三项成绩综合后,按五级记分(优、良、中、及格、不及格),未参加答辩者,其设计说明书(论文)成绩占总评70%。系部领导:签名(盖章):_
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