摩托车覆盖件逆向设计近灯灯罩大面板设计本科论文Word文档格式.docx
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CAE充模、冷却、翘曲的模流分析;
成型零部件的CAM刀具加工路径模拟;
完成了对摩托车覆盖件中近灯灯罩和大面板的逆向设计。
关键词:
逆向工程;
CATIA;
PRO/E;
CAE;
CAM
Abstract
ThisarticlemainlyintroduceswhatReverseEngineeringis,thesoftwareandhardwareofReverseEngineeringandtheexploitationprocessofproduct,andtheadvantageofReverseEngineeringanditsapplicationfieldalongwithdeveloptrend.Atthesametime,withthehelpofCATIA,thethree-dimensionalmodelingofthemotorcyclelightshadeandplatecanbeeasilyachieved.MolddesignisconvenienttocarryoutbytheuseofPRO/E.Additionally,theCAEanalysisresultssuchasfill,flow,coolandwarpcanbeobtained.TheCAMdynamicalimitatemanufactureofmoldpartsissuccessfullyacquired.Andfinally,thewholeReversedesignprocessofmotorcyclelightshadeandplateisfulfilledinthispaper.
Keywords:
ReverseEngineeringCATIAPRO/ECAECAM
第1章绪论
1.1背景及意义
摩托车外覆盖件就像人们多彩的服装,鸟类绚丽的羽毛,它极大的影响着摩托车的整体形象以及驾乘者的身心感受。
造型师所要赋予摩托车的思想理念,或是高贵典雅,或是简洁和谐、流畅自然,或是娇俏玲珑,或是威猛强悍、坚挺硬朗,都需要外覆盖件来表达展现。
在当今知识产权保护越来越受重视,而发动机等关键技术与国外差距较大的时候,对于国内摩托车生产来说,重新对某款摩托车进行外观造型设计进而申请专利,不失为花费较小取得市场准入的捷径。
当前,我国摩托车行业开发新产品的现状是按仿、改、创的顺序进行的。
随着目前摩托车行业产品开发周期的缩短,以实物模型为设计依据的逆向工程技术,作为摩托车三维设计制造系统的一个有机补充部分,在摩托车新品开发及改型中应运而生,逆向工程技术的运用及发展为摩托车新产品的开发和快速地响应市场需求、满足客户期望提供了可能。
1.2主要设计内容
以所提供摩托车覆盖件的点云为依据,进行数据处理,完成摩托车覆盖件中近灯灯罩和大面板的三维逆向造型;
并对其进行分模;
完成对产品的CAE模流分析和成型零部件CAM刀具加工路径的模拟。
1.3逆向工程概述
1.3.1引言
人类社会发展至今,已经历了几千年研究和探索,在各方面都积累丰厚的知识财富和科技成果,它是产品开发的基础,是人类的宝贵财富。
但由于历史的局限,在没有计算机的时代,大多数遗产都是用模拟的方式记录的,在当今数字化时代,要快捷地利用这些知识和成果,实属不便。
这就要求把大量的模拟信息转化为数字化的模型,以供以后产品开发所用。
在机械产品方面,我们可以利用逆向工程的思想,用三坐标测量机来快速地完成转换。
翻开几千年人类探索和研究的历史,你会发现,每一项成果都是在前人研究的基础上,模仿自然界和人类社会在相关领域、具有相应特长、特性的事物、动物或人来实现的。
看到天空中的飞鸟,我们仿制了飞机,但飞机比鸟飞得更高、更快、更远;
看到海中游的鲸,人们仿制了潜艇,但潜艇比鲸潜得更深、体积更大、续潜能力更强;
……这就是说人类一直在学习现有事物、研究现有事物、仿制现有事物,即人类一直在采用逆向工程的方式工作,不仅仿制原型,而且超越原型。
通过样件开发产品的过程人们称为逆向工程,和产品正向设计过程相反。
逆向工程主要是研究他人或现存的系统或产品,发现其规律,以复制、改进并超越现有产品或系统的过程。
逆向工程不仅仅是对现实世界的模仿,更是对现实世界的改造,是一种超越。
它所涉及的关键技术主要包括:
三维实体几何形状数据采集、规则或大量离散数据处理、三维实体模型重建、加工等。
在国外,逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。
我国也有许多企业应用逆向工程技术,对竞争对手的产品进行改进,以避开艰苦的原型设计阶段,这是一种产品的再设计过程。
通过观察和测试某一种产品,对其进行初始化,然后拆开产品,逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。
这些工作的目的就是要充分理解产品的制造过程,并以此为基础在子系统和零件层面上,优化设计出一种更好的产品。
美国的许多工程学院开设了逆向工程课程,教授学生用再设计代替原型设计,作为解决设计问题的一种方法。
近年来,在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术,来部分替代使用多年的原型设计方法。
1.3.2逆向工程的概念
逆向工程(ReverseEngineering,RE)是对产品设计过程的一种描述。
长久以来,工业产品的传统开发方式均是遵循严谨的研发流程,从产品需求的构思、功能与规格预期指标的确定,进而到各个组件的设计、制造、组装、性能测试等。
每个组件都保留有原始的设计图,此设计图目前通常通过
CAD
文件来保存。
这种开发模式被称为“预定模式”,此类开发工程亦通称为“正向工程”(Forward
Engineering)。
而逆向工程则是一个“从有到无”的过程。
简单地说,逆向工程就是根据已经存在的产品模型,反向推出产品的设计数据(包括设计图纸或数字模型)的过程。
设计师对产品实物样件表面进行数字化处理(数据采集、数据处理),并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的CAD模型(曲面模型重构),并进一步用CAD/CAE/CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。
1.3.3开发产品的流程
产品开发的流程:
产品样件
→
数据采集→
数据处理→模型重构→CAD/CAE/CAM系统→制造系统→新产品
在逆向设计中数据采集、数据处理、模型重构是产品造型设计逆向设计的三大关键环节。
1.3.4逆向工程的软件
⑴、Imageware
Imageware由美国
EDS
公司出品,是最著名的逆向工程软件,正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。
主要产品有:
Surfacer——逆向工程工具和
class
1
曲面生成工具
Verdict——对测量数据和CAD数据进行对比评估
Build
it——提供实时测量能力,验证产品的制造性
RPM——生成快速成型数据
View——功能与
Verdict
相似,主要用于提供三维报告
⑵、Geomagic
Studio
Geomagic
Studio由美国
Raindrop
(雨滴)公司出品的逆向工程和三维检测软件,
可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格,并可自动转换为
NURBS
曲面。
该软件也是除了
Imageware
以外应用最为广泛的逆向工程软件,主要包括
Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture
五个模块。
⑶、CopyCAD
CopyCAD
由英国
DELCAM
公司出品的功能强大的逆向工程系统软件,它能允许从已存在的零件或实体模型中产生三维CAD模型。
该软件为来自数字化数据的
曲面的产生提供了复杂的工具。
能够接受来自坐标测量机床的数据,同时跟踪机床和激光扫描器。
⑷、RapidForm
RapidForm
由韩国
INUS
公司出品的全球四大逆向工程软件之一,RapidForm
提供了新一代运算模式,可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面,使它成为
3D
Scan
后处理之最佳化的接口。
也将使您的工作效率提升,使
扫描设备的运用范围扩大,改善扫描品质。
1.3.5逆向工程的硬件
(1)测量探头
接触式(触发探头、扫描探头)和非接触式(激光位移探头、激光干涉仪探头、线结构光及CCD扫描探头、面结构光及CCD扫描探头)两种。
(2)测量机
三维坐标测量机、多轴专用机、多轴关节机械臂及激光追踪站等。
逆向工程的主要测量手段有两种:
接触式测量和非接触式测量。
1.3.6逆向工程的优势及应用
逆向设计所具备的起点高、成本低、周期短、易改型、易创新的优势会日渐明显,该方法必将成为现代工业造型设计师实现产品造型设计的首选方法之一。
逆向工程的应用领域:
⑴、模具样品开发:
汽机车类、摩托车类、家电制品、运动器材、玩具、陶瓷等。
⑵、快速原型制作:
古董、人像、艺术品、卡通人物、玩具等。
⑶、人体形状测量:
人工生物骨骼、人体外形测量、医疗器材制作等。
⑷、造型设计:
立体动画、多媒体虚拟实景、广告动画等。
1.3.7逆向工程的发展趋势
逆向工程(ReverseEngineering)作为一项新的先进制造技术被提出是在上世纪八十年代末至九十年代初。
当时首先由美国汽车龙头—福特汽车公司倡导的汽车“2毫米工程”对传统的制造业提出了前所未有的挑战。
它要求将质量控制从最终产品的检验和检测,提前到产品的开发设计阶段。
逆向工程主要是依靠高度集成化、可视化、开放型的计算机技术和网络技术,构筑产品,从概念构思、产品设计、工程分析、工艺制造、应用工程、市场服务,全过程实现无纸化、高精度、系统化的操作平台。
虽然,目前仍需制造样品,进行实物试验、论证和评价,但这已经不是一种重要的手段,最终将会取消这一过程。
产品逆向工程还是一个不完全成熟的过程,各个环节仍有待于进一步完善、探索和研究,并没有非常完善的解决方案。
现在与未来,支撑逆向工程发展的关键技术是:
计算机辅助集成技术、虚拟现实技术、神经网络系统、知识工程模块、ERP与ERP2和分布式网络。
三坐标测量机作为逆向工程的数据源,其尺寸有待于朝着超大型和超微型两个方向发展;
其测头有待于朝着高效、快捷、多用途方向发展;
其软件要求功能强大且操作简便,算法可重用性强。
逆向工程中的重构软件要求重构效率高、操作边界和重构效果好。
总之,三坐标测量机朝着智能化方向发展,逆向工程也朝着智能化方向发展。
1.4小结
逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术,是一个多领域、多学科的系统工程,实施的过程是多领域、多学科的协同过程,需要人员和技术的高度协同、融合。
仿制是产品发展的原动力,逆向工程是产品研发的有效途径,把三坐标测量机、CAD/CAM/CAE软件、CNC机床有机而又高效地结合在一起,成为产品研发和生产的一个高效、便捷的途径。
承受着中国加入WTO,中国作
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