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逆向工程；

三坐标测量技术；

形位公差；

1毕业设计题目1

2课题背景分析2

3题目分析与测量方案制定5

4方案实施6

4.1测量6

4.2绘制三维图23

5零件的测量结果与分析24

6总结............................................................................................................26

参考文献27

致谢28

1毕业设计题目

零件的测量与三维建模：

通过三坐标测量机对该零件的检测，然后根据测得的数据进行逆向造型。

图1.1全景图

图1.2局部观察图

2课题背景分析

逆向工程是近年来发展起来的消化、吸收和提高先进技术的一系列分析方法以及应用技术的组合，其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。

世界各国在经济技术发展中，应用逆向工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。

据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，逆向工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四十以上，极大提高了生产率。

因此研究逆向工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。

逆向工程的应用领域大致可分为以下几种情况：

（1）在产品仿制中的应用 

有时，拟合制作的产品没有原始的设计图档，而是由委托单位交付样品或实物模型，请制作单位复制。

传统的复制方法是用立体雕刻机或三轴仿形铣床以1:

1的比例制作模具，再生产产品。

这种方法属于模拟型复制，其缺点是无法建立工件尺寸图档，因而也无法用现有的CAD软件对其进行修改，故已渐为新型的数字化逆向工程系统所取代。

在这种情况下，在对零件原形进行三维反求的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代码，加工复制出一个相同的零件。

（2）在新产品设计中的应用 

随着工业技术的发展以及经济的发展，消费者对产品的要求越来越高。

为赢得市场竞争，不仅要求产品的功能先进，而且要求外形美观。

而在造型中针对产品外形的美学设计，已不是传统训练下的机械工程师所能胜任的。

一些具有美工背景的设计师们可利用CAD技术构想创新的美观外形，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、粘土模、胶模、工程塑胶模、玻璃纤维模等，然后再以三维测量的方式建立曲面模型。

在美学设计特别重要的领域，例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，而不采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法，此时需用逆向工程的设计方法。

（3）在旧产品改进中的应用 

在对旧产品改进时，有时并没有零件的CAD模型，因此需要利用逆向工程技术建立产品的几何模型，然后再利用传统的CAD软件对原设计进行改进。

当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法。

比如航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的基础上经过各种性能测试（如风洞实验等）建立符合要求的产品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外型，最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。

（4）在RPM 

（Rapid 

Prototyping 

Manufacturing，快速原型制造）中的应用 

快速原型制造（又称RP技术）是80年代后期兴起的一种基于材料累加法的高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一次重大突破。

RPM综合了机械、CAD,数控、激光以及材料科学等各种技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，用以对产品设计进行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期。

而以RP系统为基础的快速工装模具制造（Quick 

Tooling/Molding）和快速精铸技术（Quick 

Casting）等则可实现零件的快速制造（Quick 

Manufacturing）。

为应用该项技术，首先应该有产品的三维几何模型。

尽管己经出现了许多成功的三维CAD软件，但运用这些软件建立一个复杂的零件模型，仍相当费时。

有时工程界提供的是实物，需要由实物制造模具或作设计上的改进，因此在RPM中经常利用逆向工程技术来建立产品的几何模型。

此外，在计算机图形和动画、工艺美术和医疗康复工程等领域，也经常需要根据实物快速建立物体的三维几何模型。

另一个重要的应用如修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等，此时不需要对整个零件原型进行复制，而是借助逆向工程技术抽取零件原形的设计思想，指导新的设计.这是由实物逆向推理出设计思想的一种渐近过程。

因此，逆向工程技术在这些领域中也具有重要的应用价值。

3题目分析与测量方案制定

在零件加工的过程中,为了掌握加工零件的尺寸大小、精度,都要对各种尺寸参数进行测量,获得测量结果,并以之作为分析判断和决策的依据。

传统的测量方法多是接触型的测量方法,不仅效率低而且容易损伤被测物。

要完成这个题目需要进行两步走：

第一步是测量，把该实体上的关键尺寸测量出来，配合部分进行形位公差的评定；

第二步，对事物进行逆向造型，点云的建立与处理。

零件太复杂，点云的收集过程不仅繁琐而且消耗大量的时间。

鉴于此，综合考虑我的零件，以及现有的条件，我只需测量零件的配合部分的尺寸及形位公差，并且用CATIA绘制出来，这样不仅得到标准的零件原图，而且节省大量时间，最重要的是不影响测量精度，反而绘制出来的原理图比点云处理出来的图更加完善。

显然这种方法对于铸造件的逆向造型更为先进。

如何利用PC-DMIS软件的数模实现矢量测量，完成该零件的检测。

使用三坐标测量机可以对零件进行测量。

PC-DMIS能利用数模实现矢量测量，对于该零件来说，非常方便。

首先是零件的固定问题。

可以用等高块，等高块上有螺纹孔，用螺丝将等高块固定在测量机台面上，再将零件放在等高块上，用502胶水胶牢。

这样的固定方法比较牢固，又不损伤台面，且简单方便。

接下来便是调数模，建基准。

基准首先要按照数模（或图纸）建立，但由于加工基准与测量基准往往不统一，这就需要对开始建立的基准进行修正。

修正量通过测量几个特征点（如孔位、轴向面上的点）获取。

只有基准修正到位，才能开始全面测量。

对零件整体的分析：

第一，该零件有一个比较大的斜面，所以首先应该测量该面的倾斜度。

第二，然后在测量与该面垂直的圆柱，评价它的圆柱度。

第三，测量该圆柱的外表面，评价圆柱度。

第四，测量低面作为评价基面。

第五，测量该斜面上的两个对称面，评价它的对称度。

第六，对其它平面进行测量评价。

4方案实施

4.1测量

（1）测量程序基础 

第一步：

开机，打开一个新的测量程序并命名 

。

第二步：

完成测量必须的准备工作 

第三步：

定义要测量零件的元素 

（2）测量机回零 

无论测量机什么时候返回原点（ 

在Calypso 

启动时回原点或从Calypso 

上选择回原点命令）, 

都需要再次确定参考球的位置。

（3）安装及校准探针 

当创建一个测量程序时，必须确保已经安装和校准了正确的探针组。

校准探针，必 

须指定要校的探针，然后运行校准程序。

如果探针按钮是绿色的，表明已经校准了探针组。

校准探针必须遵守以下准则：

1）定义和校准探针组及探针必须在一个测量程序内进行，一旦已经定义了一个探针组，就要校准它的探针，已校准的探针可以在其它测量程序中调用。

2）每次运行程序时使用的探针组，必须与编制测量程序时使用的探针组相同。

Calypso 

储存这些探针组，如果在运行时使用了不同的探针组Calypso 

将会发现这种不恰当的配合。

（4）设置基本/ 

初始坐标系 

工件坐标系是为测量程序定义的参考坐标系，基本坐标系是一个特殊的工件坐标系。

PARTNAME:

liujianfei

REVNUMBER:

SERNUMBER:

STATSCOUNT:

1

STARTUP=ALIGNMENT/START,RECALL:

USE_PART_SETUP,LIST=YES

ALIGNMENT/END

MODE/MANUAL

FORMAT/TEXT,OPTIONS,,HEADINGS,SYMBOLS,;

NOM,TOL,MEAS,DEV,OUTTOL,,

LOADPROBE/SAUPLUS20BY4

TIP/T1A0B0,SHANKIJK=0,0,1,ANGLE=0

PLN1=FEAT/PLANE,CARTESIAN,TRIANGLE

THEO/<

137.4701,184.014,-418.8389>

<

0.0140205,-0.0294713,0.9994673>

ACTL/<

MEAS/PLANE,3

HIT/BASIC,NORMAL,<

126.3958,181.1435,-418.7682>

USETHEO=YES

133.9928,184.195,-418.7848>

152.0216,186.7034,-418.9637>

ENDMEAS/

LIN1=FEAT/LINE,CARTESIAN,UNBOUNDED

123.5218,172.0217,-422.443>

0.999492,0.0318717,0>

MEAS/LINE,2,ZPLUS

123.5218,172.0217,-422.4191>

0.0318717,-0.999492,0>

153.2355,172.9692,-422.4669>

PNT1=FEAT/POINT,CARTESIAN

99.9863,188.8987,-422.0083>

-1,0,0>

MEAS/POINT,1,WORKPLANE

A1=ALIGNMENT/START,RECALL:

STARTUP,LIST=YES

ALIGNMENT/LEVEL,ZPLUS,PLN1

ALIGNMENT/ROTATE,XPLUS,TO,LIN1,ABOUT,ZPLUS

ALIGNMENT/TRANS,XAXIS,PLN1

ALIGNMENT/TRANS,YAXIS,PLN1

ALIGNMENT/TRANS,ZAXIS,PLN1

（5）定义安全平面 

安全平面的名字首先是由安全立方体的缩写SE组成，后面是保护方向。

（6）测量零件的各种特征

程序如下：

底面=FEAT/PLANE,CARTESIAN,TRIANGLE

5.8529,0.5384,-0.0472>

-0.0050092,0.0418855,0.9991099>

MEAS/PLANE,4

-7.4506,-0.944,-0.0695>

-3.879,-1.9432,0.0291>

18.1359,7.9276,-0.294>

16.6053,-2.8869,0.1458>

TIP/T1A75B180,SHANKIJK=-0.0345,-0.9573,0.2871,ANGLE=173.676

斜面=FEAT/PLANE,CARTESIAN,TRIANGLE

-2.9631,65.4678,65.2202>

-0.0055779,-0.9551026,0.2962226>

-27.8563,63.8956,59.6107>

-32.0455,66.8637,69.2395>

24.0093,66.81,69.974>

24.0401,64.3019,62.0567>

内圆柱=FEAT/CYLINDER,CARTESIAN,IN,LEAST_SQR

-2.3157,76.17,63.7918>

0.052941,0.9526077,-0.2995594>

35.8814,19.5132

MEAS/CYLINDER,8

15.2114,70.3953,62.2239>

-0.9825168,0.1033077,0.1548817>

1.565,69.9691,47.2397>

-0.2168005,0.3037895,0.9277443>

MOVE/CIRCULAR

-20.0086,71.4929,60.4044>

0.9652688,0.028037,0.2597499>

-5.0575,72.3483,83.7241>

0.1235858,-0.3039241,-0.9446463>

-4.7198,82.3416,80.565>

0.135558,-0.304059,-0.9429593>

-19.5756,81.6639,60.324>

0.9941691,-0.0220586,0.1055521>

0.1469,80.0073,43.8599>

-0.1082999,0.3036878,0.9465964>

15.3314,80.3718,58.958>

-0.9804467,0.1065198,0.1654622>

TIP/T1A0B0,SHANKIJK=-0.0131,0.0299,0.9995,ANGLE=-1.8264

对称左面=FEAT/PLANE,CARTESIAN,TRIANGLE

-4.4165,59.6859,104.0487>

0.9998928,0.0136675,-0.0052511>

-4.484,65.8009,106.3769>

-4.5152,65.6936,101.611>

-4.3394,53.5623,101.9761>

-4.3273,53.6866,106.2307>

对称右面=FEAT/PLANE,CARTESIAN,TRIANGLE

13.3706,59.2444,103.207>

-0.999973,0.0058155,-0.0044985>

13.3284,53.2682,106.4206>

13.3389,53.101,100.75>

13.4264,65.2467,100.3094>

13.3886,65.3616,105.348>

底面左侧面=FEAT/PLANE,CARTESIAN,TRIANGLE

-34.7789,30.0255,-1.3149>

-0.9999621,0.0061628,-0.0061489>

-34.8248,28.2434,-0.4956>

-34.7337,33.2139,-0.6431>

-34.7735,33.1698,-2.1759>

-34.7839,25.4751,-1.945>

USET