1788_汽車(chē)輪轂盤(pán)的反求造型研究

1788_汽車(chē)輪轂盤(pán)的反求造型研究,汽車(chē),輪轂,造型,研究,鉆研 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 汽車(chē)輪轂盤(pán)的反求造型研究專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105305學(xué) 生 姓 名 陳 榮指 導(dǎo) 教 師 于 斐二 0 一一年五月南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 1 -學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 2 -輪轂盤(pán)的反求造型與數(shù)控加工編程學(xué)生姓名：陳榮 班級(jí)：078105305指導(dǎo)老師：于斐摘要：汽車(chē)輪轂盤(pán)的反求工程技術(shù)在汽車(chē)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它是國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造業(yè)學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)理念，大大降低了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本、 縮短了研發(fā)周期、增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力， 為企業(yè)提供了產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)能力，是提高 設(shè)計(jì)水平不可缺少的重要手段。文章首先闡述了反求工程的基本概念、反求工程的國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)，反求造型的過(guò)程，通過(guò)對(duì)零件表面信息的獲取、 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理、零件三 維模型的重建和加工來(lái)完成反求工程的實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)研究了汽車(chē)輪轂盤(pán)的反求造型及通過(guò) UG 進(jìn)行數(shù)控加工編程。其次，在反求造型過(guò)程中，利用點(diǎn)云模型，運(yùn)用反求造型的基本方法，開(kāi)拓了創(chuàng)建思路，掌握了投影曲線、 橋接曲線、截面曲線、擴(kuò)大曲面、偏置曲面、 掃掠曲面、直紋曲面、通過(guò)曲線網(wǎng)格曲面、修剪和延伸特征、變半徑面倒圓特征等創(chuàng)建的基本技巧。再次，通過(guò)對(duì)輪轂盤(pán)上下表面進(jìn)行創(chuàng)建程序、創(chuàng)建加工刀具、創(chuàng)建幾何體、工件創(chuàng)建、 創(chuàng)建方法、創(chuàng)建操作、型腔 銑切削參數(shù)的 設(shè)置、加工刀具路徑生成及刀具路徑的模擬，完成數(shù)控加工 編程。最后，通過(guò)后置處 理，得到數(shù)控加工代碼。關(guān)鍵字: 反求工程；點(diǎn)云模型；數(shù)控加工編程；數(shù)控加工代碼。指導(dǎo)老師簽名：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文Reverse wheel drive model and NC ProgrammingStudent name：Chen Rong Class：078105305Supervisor：Yu FeiAbstract ：Wheel drive vehicle in reverse engineering technology in the car design and production of a wide range of applications, it is the domestic auto industry to learn from the advanced design ideas, design concepts, greatly reducing product development costs, shorten the development cycle, enhance the enterprise competitiveness, and provide rapid product development capability, it is designed to improve the level of an important and indispensable tool.Firstly，This paper described the basic concept of reverse engineering, reverse engineering of domestic and international situation and development trend of the reverse modeling process, through access to information on the parts surface, measurement data preprocessing, reconstruction of three-dimensional model parts and processing to complete the implementation of reverse engineering. Basic steps and key technology of the automobile wheel drive anti-seeking by UG for modeling and NC programming. Secondly, modeling the process in reverse, using the point cloud model, using the basic method of reverse modeling, to create ideas to develop and master the projection curve, bridge curve, cross-section curve, the expansion surfaces, offset surfaces, swept surfaces, ruled surface, through curve mesh surfaces, trim and extended features, variable radius circular surface characteristics down to create the basic skills. Thirdly, through the wheel drive up and down the surface to create programs to create cutting tools, create geometry, the work piece to create, create method, create operation, cavity milling machining parameter settings, machining tool path generation and tool path simulation, the completion of NC Programming . Finally, it obtained the NC code by post-processing.Keyword: Reverse Engineering; Point Cloud Models; NC Programming; NC code.Signature of Supervisor：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文目 錄1 引言1.1 課題的背景及意義··············································（ 1）1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)······································（ 3）1.3 反求工程主要步驟及關(guān)鍵技術(shù)····································（ 6）1.4 本文研究的主要內(nèi)容············································（ 8）2 反求輪轂盤(pán)造型2.1 繪制輪轂盤(pán)外形················································（ 9）2.2 創(chuàng)建輪轂盤(pán)上的半月孔··········································（11）2.3 創(chuàng)建輪轂盤(pán)中間小孔············································（18）2.4 創(chuàng)建輪轂盤(pán)上的標(biāo)志············································（24）2.5 創(chuàng)建輪轂盤(pán)實(shí)體················································（26）3 基于 UG 的輪轂盤(pán)數(shù)控加工編程3.1 創(chuàng)建輪轂盤(pán)上表面加工程序······································（28）3.2 創(chuàng)建輪轂盤(pán)下表面的加工程序····································（34）3.3 生成的部分?jǐn)?shù)控加工代南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 1 -碼········································（35）4 總結(jié)4.1 總結(jié)··························································（39）參考文獻(xiàn)···························································（40）致 謝··························································（41）輪轂盤(pán)的反求造型與數(shù)控加工編程1 引言為縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量、增強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)能力，一系列新的產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如 CAD/CAM/CAE 技術(shù)、反求工程技術(shù)、快速成型技術(shù)、快速模具技術(shù)、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)以及并行工程等。其中，反求工程(Reverse Engineering，簡(jiǎn)稱(chēng) RE)已經(jīng)成為新產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)過(guò)程中的核心技南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 2 -術(shù)，它與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、設(shè)計(jì)方法學(xué)等有機(jī)組合構(gòu)成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的整體，已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)的研究熱點(diǎn) 【1】 。1.1 課題的背景及意義反求工程包含有實(shí)物反求、軟件反求和影像反求三個(gè)方面 【2】 。反求工程也稱(chēng)為反求工程、反向工程，是對(duì)已有的零件或?qū)嵨镌停?3D 數(shù)字化設(shè)備準(zhǔn)確、快速的測(cè)量出實(shí)物表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并根據(jù)這些坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)三維幾何建模方法重建實(shí)物的 CAD 模型的過(guò)程。實(shí)物原型經(jīng)反求工程技術(shù)建立 CAD 模型之后，可進(jìn)一步利用 CAD／CAE，CAM 以及 CIMS 等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行處理，復(fù)制出實(shí)物的樣品模型。圖 l—l 所示為反求工程技術(shù)與快速成型制造技術(shù)(Rapid Prototyping Manufacturing)相結(jié)合的工作流程圖。圖 1—1 反求工程流程圖反求工程是當(dāng)前用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和仿真加工制造的一種理想的并行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的最先進(jìn)的手段，是制造業(yè)中消化吸收先進(jìn)技術(shù)、縮短產(chǎn)品再設(shè)計(jì)與制造周期的重要支撐技術(shù)，是集三維內(nèi)外輪廓測(cè)量、激光技術(shù)、粉末冶金及快速模具制造等技術(shù)為一體的高新技術(shù)，是快速原型、快速模具制造的核心技術(shù)之一 【3】 。隨著新的反求工程原理和技術(shù)的不斷引入，反求工程已經(jīng)成為聯(lián)系新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中各種先進(jìn)技術(shù)的紐帶，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中居于核心地位，被廣泛地應(yīng)用于摩托車(chē)、飛機(jī)、汽車(chē)、家用電器、模具等產(chǎn)品的改型與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成為消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)手段。具體來(lái)說(shuō)，反求工程技術(shù)的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面 【4,5】 ：①在諸如飛機(jī)、汽車(chē)、摩托車(chē)、家用電器等產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，產(chǎn)品的空氣動(dòng)力學(xué)性能和美學(xué)設(shè)計(jì)顯得特別重要。新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以應(yīng)用反求工程對(duì)現(xiàn)存產(chǎn)品進(jìn)行 CAD 建模、CAE 分析，進(jìn)而對(duì) CAD 模型修改，在電腦中進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)觀察，三維有限元分析，三維動(dòng)態(tài)仿真，基本合格后，在進(jìn)行三維立體打印、樹(shù)脂快速激光成型或 CAM 技術(shù)進(jìn)行實(shí)物的數(shù)控加工，再得到遠(yuǎn)程真實(shí)的三維立體打印模型、快速激光模型或數(shù)控加工的真實(shí)產(chǎn)品后，再進(jìn)行美學(xué)及力學(xué)的最后評(píng)審及實(shí)驗(yàn)試證,完全能達(dá)到對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品的引進(jìn)、消化、吸收與創(chuàng)新。②由于工藝、美觀、使用效果等方面的原因，人們經(jīng)常要對(duì)已有的構(gòu)件做局部修改。在原始設(shè)計(jì)沒(méi)有三維 CAD 模型的情況下，若能將實(shí)物零件通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量與處理產(chǎn)生與實(shí)際相符的南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 3 -CAD 模型，對(duì) CAD 模型進(jìn)行修改以后在進(jìn)行加工，將顯著提高生產(chǎn)效率。因此，反求工程在改型設(shè)計(jì)方面可以發(fā)揮正向設(shè)計(jì)不可替代的作用。③在缺乏二維設(shè)計(jì)圖紙或原始設(shè)計(jì)參數(shù)情況下，需要將實(shí)物零件轉(zhuǎn)化計(jì)算機(jī)表達(dá)的 CAD 模型，以便于充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助分析（CAE） 、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）等先進(jìn)技術(shù)，并進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。④某些大型設(shè)備，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)組等，經(jīng)常因?yàn)槟骋涣慵膿p壞而導(dǎo)致整機(jī)停止運(yùn)行，通過(guò)反求工程技術(shù)，可以快速生產(chǎn)這些零部件的替代零件，從而提高設(shè)備的利用率并延長(zhǎng)使用壽命。⑤一些特殊領(lǐng)域，如藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中人體骨骼、關(guān)節(jié)等的復(fù)制、假肢制造，特種服裝、頭盔的制造時(shí)需要首先簡(jiǎn)歷人體的幾何模型出發(fā)得到 CAD 模型。⑥借助于工業(yè) CT 技術(shù)，反求工程不僅可以產(chǎn)生物體的外形而且可以快速發(fā)現(xiàn)、定位物體的內(nèi)部缺陷，從而成為工業(yè)產(chǎn)品無(wú)損探傷的重要手段。反求造型的過(guò)程包括以下幾部分：① 產(chǎn)品定位設(shè)計(jì)規(guī)劃：開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，必須要首先進(jìn)行產(chǎn)品的定位。產(chǎn)品定位是基于充分、徹底的市場(chǎng)調(diào)研以得到的設(shè)計(jì)要求和其他方面比如廠方的一些要求，基于對(duì)已有產(chǎn)品、設(shè)計(jì)方案和同類(lèi)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)分析，從而得到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)定位。因此在這一階段要進(jìn)行大量的調(diào)研工作和資料收集，進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，進(jìn)行設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定和設(shè)計(jì)規(guī)劃的制定。② 概念設(shè)計(jì)階段：在明確了設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)目標(biāo)之后，就可以進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)，可利用諸如頭腦風(fēng)暴法、反求發(fā)明法、缺點(diǎn)列舉法進(jìn)行方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。③ 數(shù)據(jù)采樣：數(shù)據(jù)采樣是反求工程的最基本的、必不可少的步驟，它從已有的實(shí)物獲取產(chǎn)品數(shù)據(jù)。若已有產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三維數(shù)據(jù)，可直接采集。但通常是只有前代產(chǎn)品，這時(shí)可采用三維激光掃描儀，三維數(shù)字化儀，物體多角度照片等數(shù)字化方法來(lái)快速、準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)。④ 數(shù)據(jù)分析及 CAD 建模的構(gòu)建：在數(shù)據(jù)采集階段得到的數(shù)據(jù)如果是較完整的三維數(shù)據(jù)，就可以直接進(jìn)入 CAD 模型的構(gòu)建階段。當(dāng)?shù)玫讲蓸訑?shù)據(jù)僅為二維數(shù)據(jù)，那么必須通過(guò)三維模型的方式構(gòu)建出來(lái)，得到直觀簡(jiǎn)略的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)外形。在這一過(guò)程中，設(shè)計(jì)師要考慮部件在本次設(shè)計(jì)中用到的可能性，以決定其是否進(jìn)行模型構(gòu)建。⑤ 數(shù)據(jù)恢復(fù)和修補(bǔ)、原始部件的分解：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 4 -在采樣過(guò)程中，物體的某些細(xì)節(jié)的丟失是不可避免的。通過(guò)對(duì)采樣數(shù)據(jù)的三維顯示及結(jié)構(gòu)分析，能夠發(fā)現(xiàn)哪些數(shù)據(jù)丟失了。實(shí)際上以上所得數(shù)據(jù)是不完整的，不妨成為粗糙數(shù)據(jù)。要得到完整數(shù)據(jù)必須進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)，它是反求工程的一個(gè)必不可少的步驟。反求工程要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是一個(gè)設(shè)計(jì)方案能不能最終變成產(chǎn)品，而通常的產(chǎn)品是由不同部件組裝而成。分解是將一個(gè)物體分解成若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部件的過(guò)程。在分解過(guò)程中，必須區(qū)分每一部分的尺寸位置，不同部件之間的連接關(guān)系及連接方式以及物體表面該如何分割。通過(guò)以上幾個(gè)數(shù)據(jù)處理步驟，得到了較完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，產(chǎn)品的三維模型以構(gòu)建出，這時(shí)可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行二次分析和評(píng)價(jià)，以得到更加準(zhǔn)確、細(xì)致完整的工程信息和設(shè)計(jì)信息。⑥ 設(shè)計(jì)綜合：考慮原產(chǎn)品的風(fēng)格、色彩、功能、結(jié)構(gòu)、加工等信息，結(jié)合初步方案和設(shè)計(jì)要求，對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較分析，從全局、整體綜合考慮、權(quán)衡以確定最終的最佳方案。其確定以后還可以對(duì)它做進(jìn)一步細(xì)化。細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)實(shí)際上體現(xiàn)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)工作的細(xì)致性、設(shè)計(jì)理念的嚴(yán)密性，而且在后面的效果處理中，細(xì)節(jié)又往往成為一個(gè)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)，所以應(yīng)足夠重視。⑦ 仿真設(shè)計(jì)：產(chǎn)品的功能、設(shè)計(jì)的零部件裝配、加工工藝等的分析和檢測(cè)，可利用仿真技術(shù)，快速、準(zhǔn)確、有效的進(jìn)行。在虛擬裝配完成以后，在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)功能進(jìn)行模擬。在這個(gè)過(guò)程中，可以事先建立產(chǎn)品評(píng)價(jià)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算自動(dòng)判斷產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)劣或通過(guò)交互方式，一設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)觀察局部細(xì)節(jié)，可以知道物體的尺寸大小是否協(xié)調(diào)，物體的表面是否光順，以及物體表面的顏色紋理是否滿足設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)，也可以進(jìn)行有限元分析、加工工藝分析等，為設(shè)計(jì)的可靠性及以后的生產(chǎn)提供保障 【6】 。1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 國(guó)外的研究概況作為一種新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要手段，反求工程技術(shù)的研究正在受到廣泛的重視，研究的領(lǐng)域除包括傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)外，還包括醫(yī)學(xué)、考古和地理等領(lǐng)域的圖像處理和模型恢復(fù)。反求工程技術(shù)是 20 世紀(jì) 80 年代分別由美國(guó) 3M 公司、日本名古屋工業(yè)研究所以及美國(guó) UVP 公司提出并研制開(kāi)發(fā)成功的 【7】 。從已發(fā)表的文獻(xiàn)和會(huì)議記錄來(lái)看，國(guó)內(nèi)外已形成了一批長(zhǎng)期從事反求工程研究的單位和個(gè)人，反求工程已經(jīng)發(fā)展南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 5 -成為 CAD/CAM 系統(tǒng)中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究分支，其相關(guān)的領(lǐng)域包括幾何測(cè)量、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、幾何造型等 【8】 。目前，世界各國(guó)對(duì)反求工程技術(shù)都給與高度重視，在國(guó)外，如美國(guó)、日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)反求工程技術(shù)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問(wèn)世，他們對(duì)反求工程技術(shù)的研究有許多值得我們借鑒的地方。美國(guó) UGS 公司提供的反求工程軟件 Imageware【9】 ，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、曲面造型、誤差檢測(cè)功能，可以處理幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)造的 A 級(jí)曲面具有良好的品質(zhì)和曲面連續(xù)性。另外，Imageware 在計(jì)算機(jī)輔助曲面檢查、曲面造型及快速樣件等方面具有其它軟件無(wú)可匹敵的強(qiáng)大功能，使它成為反求工程軟件的領(lǐng)導(dǎo)者。Imageware 采用的是 NURBS 曲面模型，與 UG、Pro/E、CATIA 等通用 CAD/CAM 軟件采用的曲面描述方法相同，可方便的溝通。CATIA 是法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)公司的 CAD/CAE/CAM 一體化軟件，在世界 CAD/CAE/CAM領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。它的數(shù)字化外形編輯器由于解決數(shù)字化數(shù)據(jù)導(dǎo)入、壞點(diǎn)剔除、勻化、截?cái)嗝妗⑻卣骶€、外形和帶實(shí)時(shí)診斷的質(zhì)量檢查等問(wèn)題。該模塊用于反求工程周期的開(kāi)始階段?？焖偾嬷亟ǎ≦uick Surface Reconstruction）模塊可以根據(jù)數(shù)字化數(shù)據(jù)方便地重建曲面。它用于分析曲率和等斜率特性的工具，使用戶(hù)可以方便地在有關(guān)曲面區(qū)域中創(chuàng)建多邊形線段 【10】 。另外還有英國(guó) DELCAM 公司的 CopyCAD 在國(guó)內(nèi)也擁有了相當(dāng)?shù)目蛻?hù)群。數(shù)字化制造針對(duì)三位散亂數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)的表面重建，國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的研究也很熱烈，并以取得一系列的成果 【11】 。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，反求工程技術(shù)被放到大幅度縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的主要位置上。1998 年，全球反求工程技術(shù)系統(tǒng)加工中心達(dá)到 331個(gè)，擁有快速成型機(jī) 660 臺(tái)套，同時(shí)有 27 個(gè)快速成型設(shè)備公司，12 個(gè)大的材料供應(yīng)商，15 個(gè)專(zhuān)業(yè)軟件公司，再加上從事該項(xiàng)目的 51 個(gè)教育和研究機(jī)構(gòu)以及 227 個(gè)提供贊助的基金會(huì)以及大量的激光設(shè)備應(yīng)用者和真空鑄造機(jī)制設(shè)備，形成了一個(gè)強(qiáng)大的集成體。在經(jīng)過(guò)了初期 50％的高速增長(zhǎng)后，世界快速制造業(yè)正步入穩(wěn)定增長(zhǎng)期，年增長(zhǎng)率保持在 17％左右。在越來(lái)越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，反求工程技術(shù)在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中被有遠(yuǎn)見(jiàn)的企業(yè)采用，特別是在家電、汽車(chē)、玩具、輕工、建筑、醫(yī)療、航空航天、兵器等行業(yè)得到推廣，并取得重大的經(jīng)濟(jì)效益。1.2.2 國(guó)內(nèi)的研究概況國(guó)內(nèi)在反求工程技術(shù)領(lǐng)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。但同國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)研究起步晚經(jīng)費(fèi)投入少，限制了高水平研南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 6 -究的開(kāi)展，創(chuàng)新性的研究不多，在世界學(xué)術(shù)領(lǐng)域還沒(méi)有形成較大影響力。較早從事反求研究工程研究的單位多為高等院校，如浙江大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等，取得了非?？上驳某晒?，并逐步向市場(chǎng)推廣 【12】 。浙江大學(xué)開(kāi)展了對(duì)反求工程中曲面造型技術(shù)的研究，并推出了 RE-Soft 反求工程系統(tǒng)軟件。在 RE-Soft 系統(tǒng)軟件中，首先對(duì)數(shù)字化點(diǎn)建立三角形網(wǎng)格模型。利用這一模型對(duì)曲面的特征進(jìn)行辨識(shí)，然后利用辨識(shí)的結(jié)果和用戶(hù)給定的誤差多三角形網(wǎng)格進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化和調(diào)整，使得網(wǎng)格表示的曲面模型與實(shí)物一致，最后在三角形網(wǎng)格的網(wǎng)孔內(nèi)構(gòu)造三角 Bezier 曲面的去面片，各個(gè)相鄰曲面片間要實(shí)現(xiàn) G1 連續(xù)【13】 。華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)了是三維激光彩色掃描系統(tǒng) 3DLCS95，1995 年獲得了國(guó)家專(zhuān)利。清華大學(xué)激光快速成型中心進(jìn)行了照片反求、CT 反求研究。照片反求是通過(guò)提取實(shí)物照片的幾何信息，重構(gòu)實(shí)物的 STL 模型。有了 STL 模型，就可以用 RPM 系統(tǒng)制造出該物體的原型。CT 反求是利用人體器官或工業(yè)零件的 CT 切片掃描文件，通過(guò)圖像處理，提取物體的平面輪廓線，并通過(guò)層片間的插值，得到可以被 CAM 系統(tǒng)接受的層片文件格式。西安交通大學(xué) CAD/CAM 研究所開(kāi)發(fā)的 Jade 系統(tǒng)是基于實(shí)體的三維重建方法處理斷層數(shù)據(jù)的三維模型反求系統(tǒng)軟件 【14】 。該系統(tǒng)包含有 3 個(gè)功能模塊：層析數(shù)據(jù)處理、特征識(shí)別、三維實(shí)體重構(gòu)。數(shù)據(jù)是通過(guò)層去測(cè)量得到的，避開(kāi)由于 CT、MRI等設(shè)備造價(jià)昂貴，且測(cè)量精度不高的不足。層析數(shù)據(jù)處理就是通過(guò)圖像處理技術(shù)提取邊界輪廓以得到斷面輪廓數(shù)據(jù)環(huán)?？傮w來(lái)講，由于缺乏自主的 CAD/CAE/CAM 軟件的支撐，以及反求工程的上游測(cè)試設(shè)備和下游應(yīng)用(CAD/CAE/CAM)基本為國(guó)外產(chǎn)品，使得國(guó)產(chǎn)軟件產(chǎn)品在設(shè)備接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和應(yīng)用上一直滯后與世界上相關(guān)產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)的軟件顯得勢(shì)單力薄，與國(guó)外軟件相比處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，因此，如何將反求工程系統(tǒng)地應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如何根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)的需求來(lái)開(kāi)發(fā)合適的反求工程系統(tǒng)，還處于摸索階段 【15】 。1.2.3 反求工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)反求工程是一門(mén)發(fā)展十分迅速的新興學(xué)科，覆蓋了許多技術(shù)領(lǐng)域。目前這項(xiàng)技術(shù)以推廣到設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，它的應(yīng)用可大大降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本、縮短研發(fā)周期、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。尤其是反求工程與快速原型、快速模具技術(shù)的結(jié)合更形成了一套快速響應(yīng)的制造路線，為企業(yè)提高產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)能力?？梢哉f(shuō)，隨著南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 7 -市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，此項(xiàng)技術(shù)將越來(lái)越發(fā)揮出其獨(dú)特的作用。當(dāng)前反求工程的理論和方法研究的重點(diǎn)在如下兩個(gè)方面：⑴針對(duì)不斷發(fā)展的高速、高精度的測(cè)量設(shè)備，需要研究和開(kāi)發(fā)一種智能化的反求工程方法及其理論，能對(duì)散亂測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)、多視和補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的幾何、拓?fù)潢P(guān)系自動(dòng)確定，能對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)“點(diǎn)云”中包含的幾何特征只能提取。⑵將反求工程方法與快速設(shè)計(jì)、制造環(huán)境有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。只有將反求工程中建模部分與整個(gè)制造環(huán)境中的設(shè)計(jì)修改、性能分析、快速原型制造等模塊結(jié)合起來(lái)，引入并型設(shè)計(jì)、反饋設(shè)計(jì)的思想，才能徹底發(fā)揮其在快速設(shè)計(jì)中的作用。目前反求工程還有許多理論和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題未能得到徹底解決：造型精度需要進(jìn)一步的提高；測(cè)量建模算法的有效性、建模效率，以及所建 CAD 模型的誤差（測(cè)量、算法誤差）分析還有待于深入研究；另外，面向 RPM 的反求工程系統(tǒng)在設(shè)備價(jià)格方面相對(duì)來(lái)說(shuō)還比較昂貴；在工作過(guò)程中，需要適時(shí)的進(jìn)行人工干預(yù)；在快速響應(yīng)市場(chǎng)方面也有待于加強(qiáng)?？梢灶A(yù)計(jì)反求工程系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是向自動(dòng)化、柔性化、快速化方向進(jìn)一步發(fā)展 【16】 。1.3 反求工程主要步驟及關(guān)鍵技術(shù)反求工程的主要實(shí)現(xiàn)步驟包括：零件表面信息的獲取、測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理、零件三維模型的重建和加工。1.3.1 零件表面信息獲取零件表面信息的獲取需要測(cè)量零件表面的形狀信息。在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量方法有很多種，大體可分為接觸式和非接觸式兩種。測(cè)量方法如圖 1-2 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 8 -接觸式的測(cè)量方法精確度高，但測(cè)量效率低，裝夾過(guò)程復(fù)雜耗時(shí)，容易受到被測(cè)物體形狀的限制。現(xiàn)在產(chǎn)品的形狀日趨復(fù)雜，凸臺(tái)、深孔、自由曲面等測(cè)量障礙區(qū)或不易測(cè)量的表面也在增多，測(cè)量過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)量探頭與被測(cè)零件發(fā)生碰撞的情況，同時(shí)增加了大量的測(cè)量時(shí)間。非接觸式測(cè)量一般使用聲波、光線、磁場(chǎng)等基本物理模擬量的特性和原理，將物理模擬量通過(guò)一定的算法轉(zhuǎn)化成坐標(biāo)值 【17】 。非接觸式測(cè)量所獲得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)值總量往往非常大，并且比較散亂，對(duì)于一些特征點(diǎn)如尖角、棱邊往往需要通過(guò)特定的處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分片。目前，非接觸式測(cè)量方法在實(shí)際生產(chǎn)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用，通過(guò)這種方法測(cè)得的數(shù)據(jù)非常龐大，并常常帶有雜點(diǎn)、噪聲點(diǎn)，這些都會(huì)影響到后續(xù)的處理過(guò)程。因此，需要進(jìn)行必要的處理來(lái)獲得滿意的數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)的預(yù)處理過(guò)程。1.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)采集過(guò)程結(jié)束后，需要對(duì)采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理才能夠進(jìn)一步應(yīng)用。這些處理過(guò)程包括多視點(diǎn)云的拼合、點(diǎn)云過(guò)濾、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和點(diǎn)云分塊等。(1) 多視點(diǎn)云的拼合多視點(diǎn)云的拼合是由于在測(cè)量過(guò)程中，有些復(fù)雜型面存在投影編碼盲點(diǎn)或視覺(jué)死區(qū)，需要從其他方向進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，或者大型零件受測(cè)量系統(tǒng)規(guī)格的限制必須分段測(cè)量，導(dǎo)致無(wú)法一次完成對(duì)整個(gè)零件的測(cè)量過(guò)程。多次測(cè)量所得的多個(gè)獨(dú)立的子區(qū)域稱(chēng)為多視點(diǎn)云。多視點(diǎn)云的拼合即把各次測(cè)量對(duì)應(yīng)的局部坐標(biāo)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系，并消除兩次測(cè)量間的重疊部分，使之成為完整點(diǎn)云，從而得到被測(cè)物體表面的完整數(shù)據(jù)。(2) 點(diǎn)云過(guò)濾點(diǎn)云過(guò)濾需要進(jìn)行誤差點(diǎn)的識(shí)別、去除和數(shù)據(jù)平滑的工作。由于測(cè)量設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)發(fā)生改變或測(cè)量環(huán)境突然變化、人工操作誤差，會(huì)造成誤差點(diǎn)的產(chǎn)生。噪聲點(diǎn)是由于測(cè)量過(guò)程中受到各種人為或隨機(jī)因素的影響而產(chǎn)生的，它的存在會(huì)影響后續(xù)的模型重建及生成的模型質(zhì)量，數(shù)據(jù)平滑主要是針對(duì)完整點(diǎn)云中的大量的噪聲點(diǎn)進(jìn)行處理。對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行平滑濾波，可得到精確的模型和高質(zhì)量的特征提取效果。(3) 數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)的問(wèn)題主要產(chǎn)生在基于激光掃描測(cè)量造型的過(guò)程中。由于激光掃描測(cè)量每分鐘會(huì)產(chǎn)生成千上萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，直接對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行造型處理會(huì)造成整個(gè)過(guò)程的難以控制以及效率低下，因此要在保證一定精度的前提下減少數(shù)據(jù)量，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行精簡(jiǎn)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 9 -(4) 點(diǎn)云分塊點(diǎn)云分塊是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面類(lèi)型，將屬于同一類(lèi)型的數(shù)據(jù)成組，把所有數(shù)據(jù)劃分成代表不同曲面類(lèi)型的數(shù)據(jù)域。這是由于在實(shí)際產(chǎn)品里只由一張曲面構(gòu)成的情況不多，產(chǎn)品形面多數(shù)是由多張曲面混合而成。點(diǎn)云分塊是為了利于后續(xù)的模型重建工作。1.3.3 模型重構(gòu)模型重構(gòu)是利用產(chǎn)品表面的散亂點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)插值或者擬合來(lái)還原產(chǎn)品原形，目前的建模手段分為兩大類(lèi)：三角域 Bezier 曲面擬合和矩形域參數(shù)曲面擬合。其中矩形域參數(shù)曲面擬合方法是應(yīng)用較多的一類(lèi)，許多研究成果已成為成熟技術(shù)，如Coons 曲面、B 樣條曲面和 NURBS 曲面等，在實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用 【18】 。1.4 本文研究的主要內(nèi)容本文重點(diǎn)研究汽車(chē)輪轂盤(pán)反求造型的過(guò)程及基于 UG 的輪轂盤(pán)數(shù)控加工編程。研究的主要內(nèi)容如下：1）引言。主要介紹反求工程的概念，反求工程的國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)以及反求造型的基本步驟和關(guān)鍵技術(shù)。2）反求輪轂盤(pán)造型。分析點(diǎn)的組成，創(chuàng)建六個(gè)半月形孔和四個(gè)小孔特征及繪制標(biāo)志。3）基于 UG 的輪轂盤(pán)數(shù)控加工編程。對(duì)輪轂盤(pán)上下表面進(jìn)行創(chuàng)建程序、創(chuàng)建加工刀具、創(chuàng)建幾何體、工件創(chuàng)建、創(chuàng)建方法、創(chuàng)建操作、型腔銑切削參數(shù)的設(shè)置、加工刀具路徑生成及刀具路徑的模擬。4）總結(jié)。對(duì)所做工作進(jìn)行總結(jié)。2 反求輪轂盤(pán)造型2.1 繪制輪轂盤(pán)外形打開(kāi)輪轂盤(pán)的點(diǎn)云文件南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 10 -1）設(shè)置圓弧顏色為黑色選擇“首選項(xiàng)”/“對(duì)象” ， “類(lèi)型”下拉框中選擇“圓弧” ，在顏色欄點(diǎn)擊顏色區(qū)，選擇黑色。 2）設(shè)置圖層選擇“格式”/“圖層的設(shè)置” ，選擇第 3、5、6、 7、8 層，設(shè)置為不可見(jiàn)，完成層設(shè)置操作，只顯示綠色點(diǎn)。3）繪制圓弧以“起點(diǎn)，終點(diǎn)，圓弧上的點(diǎn)”方式繪制圓弧，按順序一次選三個(gè)點(diǎn)連接畫(huà)弧，接著按照上面的方法，繪制右邊相鄰的圓弧，完成創(chuàng)建圓弧。4）橋接曲線選擇“插入”/“來(lái)自曲線集的曲線”/“橋接” ，取消“關(guān)聯(lián)輸出”復(fù)選框前面的勾，然后在圖形中依次選擇兩條曲線，創(chuàng)建橋接曲線。由于不貼點(diǎn)，可以在“橋接曲線”對(duì)話框中“相切幅值”欄第一曲線選項(xiàng)中移動(dòng)滑塊至適當(dāng)位置，使橋接曲南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 11 -線貼點(diǎn)，創(chuàng)建橋接曲線。5） 繪制整圓選擇菜單“格式”∕ “圖層的設(shè)置”選擇第 3 圖層為可選，其余為不可見(jiàn)；再在選擇菜單“插入”∕ “曲線”∕ “基本曲線”中選擇圓弧，選擇“整圓” ，取消“線串模式” ，完成整圓繪制。6） 修剪曲線選擇菜單“格式”∕ “WCS”∕ “原點(diǎn)” ，將坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在上圖所示圓的圓心位置上；在選擇菜單“插入”∕ “曲線”∕ “基本曲線”中選擇修剪，取消“修剪邊界對(duì)象”選擇“線性” ，取消“關(guān)聯(lián)”選擇“替換” ，選擇圓心，修剪上面所做的曲線，完成修剪。7） 連結(jié)曲線選擇菜單“插入”∕ “來(lái)自曲線集的曲線”∕ “連結(jié)” ，取消“關(guān)聯(lián)” ， “輸出曲線”選“替換” ， “輸出曲線類(lèi)型”選“常規(guī)” ，連結(jié)上圖中的曲線。8） 創(chuàng)建回轉(zhuǎn)片體選擇菜單“插入”∕ “設(shè)計(jì)特征”∕ “回轉(zhuǎn)” ， “指定矢量”選擇 z 軸， “指定點(diǎn)”選擇上圖中的圓心，完成回轉(zhuǎn)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 12 -9） 將曲線移至 200 層選擇菜單“格式”∕ “移動(dòng)至圖層” ，將曲線移至 200 層。2.2 創(chuàng)建輪轂盤(pán)上的半月孔1） 創(chuàng)建截形體曲面先繪制圓弧，編輯曲線長(zhǎng)度，橋接曲線，連結(jié)曲線；選擇菜單“插入”∕ “網(wǎng)格曲面”∕ “截面” ，選擇“由圓相切創(chuàng)建截面” ， “剖切方法”選“圓角圓弧” ， “半徑規(guī)律”的 “規(guī)律類(lèi)型”為“恒定” ， “U 向階次”為二次， “V 向階次”為三次，起始引導(dǎo)線和脊線都為曲線 1， “半徑規(guī)律”的“值”為 23，曲線 2“半徑規(guī)律”的“值”為 15， “起始面”為回轉(zhuǎn)曲面，完成曲面創(chuàng)建。2） 擴(kuò)大平面在工具欄內(nèi)找“擴(kuò)大”圖標(biāo)， “模式”選“自然” ，取消“編輯副本” ，依次擴(kuò)大平面 1， 2，完成擴(kuò)大平面。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 13 -3） 修剪半月孔選擇菜單“插入”∕ “修剪”∕ “修剪的片體”修剪圖回轉(zhuǎn)的曲面，以平面 1,2為邊界對(duì)象，完成修剪。4） 將曲線移至 200 層選擇菜單“格式”∕ “移動(dòng)至圖層” ，將曲線移至 200 層。5） 創(chuàng)建面倒圓特征選擇菜單“插入”∕ “細(xì)節(jié)特征”∕ “面倒圓” ， “圓角面”選“修剪至長(zhǎng)輸入面” ，取消“修剪輸入面至倒圓面” ，依次選擇平面 1 和 2，注意圓心矢量向外，“倒圓橫截面”的“形狀”選“圓形” ， “半徑方法”選“恒定” ， “值”輸入5，完成面倒圓。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 14 -6） 復(fù)制曲面在工具欄內(nèi)找“擴(kuò)大”圖標(biāo)，選擇“編輯副本” ， “調(diào)整大小參數(shù)”都設(shè)為 0，點(diǎn)擊確定。7） 創(chuàng)建修剪體特征選擇菜單“插入”∕“修剪”∕“修剪體” ，選擇上步中復(fù)制的曲面為“選擇體”， “指定平面”選 ZC-XC 面,方向向左，完成修剪體。8) 創(chuàng)建面倒圓特征選擇菜單“插入”∕“細(xì)節(jié)特征”∕“面倒圓” ， “圓角面”選“修剪至長(zhǎng)輸入面” ，取消“修剪輸入面至倒圓面” ，依次選擇平面 1 和平面 3，注意圓心矢量向外，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 15 -“倒圓橫截面”的“形狀”選“圓形” ， “半徑方法”選“恒定” ， “值”輸入 5，完成面倒圓。9) 抽取曲線在工具欄內(nèi)找到“抽取曲線”圖標(biāo)，依次抽取上圖中平面 1、2 和兩個(gè)倒圓面的邊緣曲線。10) 將輔助面及圓角面移至 200 層選擇菜單“格式”∕“移動(dòng)至圖層” ，將上圖中輔助面平面 3 和兩個(gè)倒圓面移至200 層。11) 投影曲線選擇菜單“插入”∕“曲線”∕“基本曲線” ，選擇直線，取消“線串模式” ，“點(diǎn)方式”選“端點(diǎn)”依次繪制四條直線。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 16 -再在選擇菜單“插入”∕“來(lái)自曲線集的曲線”∕“投影” ， “投影方向”選“沿矢量” ， “矢量”選 z 軸，取消“關(guān)聯(lián)” ， “輸出曲線”選“替換” ，完成投影。12)創(chuàng)建修剪片體特征選擇菜單“插入”∕“修剪”∕“修剪的片體” ，按上圖所示的四條投影曲線修剪平面 1、2，完成修剪。13) 創(chuàng)建橋接曲面特征在工具欄中找到“橋接”圖標(biāo)，橋接上圖中的曲面，完成效果如圖所示。14) 創(chuàng)建偏置曲面特征選擇菜單“插入”∕“偏置∕縮放”∕“偏置曲面” ，取消“逼近偏置面” ， “偏置”輸入-3，再“橋接”曲面，完成曲面偏置。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 17 -15) 創(chuàng)建修剪和延伸特征先創(chuàng)建兩條直線，再掃掠成平面，然后在工具欄內(nèi)找到“修剪和延伸”圖標(biāo)，“類(lèi)型”選“直至選定對(duì)象” ， “延伸方法”選“自然曲率” ，完成修剪和延伸。16) 創(chuàng)建修剪片體特征選擇菜單“插入”∕“修剪”∕“修剪的片體” ，修剪上圖中的掃掠平面，完成修剪。17) 將曲線移至 200 層選擇菜單“格式”∕“移動(dòng)至圖層” ，將曲線移至 200 層。18） 修剪片體先繪制 30°和-30°長(zhǎng) 200 的兩條直線，選擇菜單“插入”∕“修剪”∕“修剪的片體” ，修剪上圖中的片體。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 18 -19） 旋轉(zhuǎn)片體選擇菜單“編輯”∕“移動(dòng)對(duì)象” ， “指定矢量”為 z 軸， “指定軸點(diǎn)”為坐標(biāo)原點(diǎn)， “結(jié)果”選“復(fù)制原先的” ， “距離∕角度分割”為 1， “非關(guān)聯(lián)副本數(shù)”為5， “角度”為 60°，完成旋轉(zhuǎn)。20） 縫合曲面選擇菜單中“插入”∕“組合體”∕“縫合” ，縫合上圖中的片體。21） 偏置縫合曲面南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 19 -將上圖中的縫合曲面偏置-3，效果如圖。22） 修剪片體創(chuàng)建掃掠平面，如圖；修剪片體，結(jié)果如圖。2.3 創(chuàng)建輪轂盤(pán)中間小孔1） 繪制直線、隱藏直線和第三排點(diǎn)繪制兩條直線綠色，兩條青色直線；隱藏直線和第三排點(diǎn)；再顛倒隱藏，效果如圖。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 20 -2） 創(chuàng)建掃掠平面繪制兩條相交直線，選擇菜單“插入”∕“掃掠”∕“掃掠” ，完成效果如圖。3） 繪制整圓以上步中的掃掠平面“修剪”四條直線，利用端點(diǎn)繪制整圓，如圖所示。同理可繪制另個(gè)整圓，結(jié)果如圖所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 21 -4） 創(chuàng)建通過(guò)曲線曲面選擇菜單“首選項(xiàng)”∕“建?！?， “常規(guī)”中“體類(lèi)型”選“圖紙頁(yè)” ， “自由曲面”中“自由曲面構(gòu)造結(jié)果”選“曲面” ，完成建模設(shè)置。在工具欄中找到“通過(guò)曲線組”圖標(biāo)，依次選取上圖中的兩個(gè)整圓，完成曲面創(chuàng)建。5） 擴(kuò)大面在工具欄內(nèi)找到“擴(kuò)大” ，將上圖中曲面擴(kuò)大完繼續(xù)擴(kuò)大依次，完成效果如圖所示。6） 創(chuàng)建掃掠平面創(chuàng)建掃掠平面并向-z 軸方向偏置 1.8，完成曲面偏置。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 22 -7） 修剪曲面先修剪掃掠曲面，在將其邊緣曲線“投影”到偏置曲面，然后利用投影曲線的圓心做整圓，繼續(xù)修剪偏置曲面及擴(kuò)大平面，完成效果如圖所示。8） 創(chuàng)建通過(guò)曲線曲面通過(guò)圓 2、圓 3 完成曲面（G1 與擴(kuò)大平面相切） ，在通過(guò)圓 1、圓 2 完成曲面，然后面倒圓， “半徑”為 3 完成面倒圓，最后完成修剪。9） 創(chuàng)建截面曲線選擇菜單“插入”∕“來(lái)自體的曲線集”∕“截面” ， “指定平面”的“類(lèi)型”南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 23 -選“曲線和點(diǎn)” ，依次選取三個(gè)藍(lán)色點(diǎn)，完成截面曲線的創(chuàng)建。再在工具欄內(nèi)找到“抽取曲線”圖標(biāo)對(duì)擴(kuò)大平面的進(jìn)行曲線抽取，然后應(yīng)用“曲線倒圓”命令完成曲線倒圓，繼續(xù)將上面得到的曲線組投影到 XC-YC 平面，最后完成曲線的“連結(jié)” ，完成效果如圖所示。10） 拉伸曲線并旋轉(zhuǎn)片體拉伸連結(jié)曲線，得到片體；再旋轉(zhuǎn)片體。11） 創(chuàng)建變半徑面倒圓創(chuàng)建相交曲線；選擇菜單“插入”∕“細(xì)節(jié)特征”∕“面倒圓” ， “倒圓橫截面”的“形狀”選“圓形” 、 “半徑方法”選“規(guī)律控制的” 、 “規(guī)律類(lèi)型”選“沿脊線的三次” ，以相交曲線為脊線， “指定新位置”選擇“控制點(diǎn)” ，取相交曲線的控制點(diǎn)，分別輸入半徑 4、7、7、12 完成變半徑面倒圓；修剪擴(kuò)大平面，完成效果如圖所示。12) 創(chuàng)建偏置曲面、修剪片體南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 24 -縫合 10）步的所有曲面并向-z 軸方向偏置 3；在修剪拉伸片體及偏置曲面，最終效果如圖所示。13) 創(chuàng)建通過(guò)曲線網(wǎng)格曲面、直紋面通過(guò)橋接曲線，完成曲線網(wǎng)格曲面的創(chuàng)建；再創(chuàng)建直紋面；然后旋轉(zhuǎn)片體。14) 旋轉(zhuǎn)小孔曲面選擇菜單“編輯”∕“移動(dòng)對(duì)象” ，旋轉(zhuǎn)小孔曲面，完成效果如圖所示。15) 創(chuàng)建修剪的片體特征選擇菜單“插入”∕“修剪”∕“修剪的片體” ，修剪片體，結(jié)果如圖所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 25 -2.4 創(chuàng)建輪轂盤(pán)上的標(biāo)志1)設(shè)置圖層選擇菜單“格式”∕“圖層的設(shè)置”選擇第 8 圖層為可選，其余為不可見(jiàn)。2） 投影曲線選擇菜單“插入”∕“來(lái)自曲線集的曲線”∕“投影” ，選擇所有點(diǎn)、XC-YC 平面（距離-100） 、-z 軸點(diǎn)擊確定按鈕，完成投影。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 26 -3） 繪制圓弧及創(chuàng)建藝術(shù)樣條曲線選擇菜單“插入”∕“曲線”∕“基本曲線”和“插入”∕“曲線”∕“藝術(shù)樣條” ，繪制曲線，效果如圖所示。4） 創(chuàng)建拉伸片體特征及修剪片體特征選擇菜單“插入”∕ “設(shè)計(jì)特征”∕ “拉伸” ， “起始值”和“結(jié)束值”輸入0、200，點(diǎn)擊確定，效果如圖所示；選擇菜單“插入”∕“裁剪”∕ “修剪的片體”修剪上面得到的片體，完成效果如圖所示。5) 創(chuàng)建掃掠曲面及修剪片體特征南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 27 -選擇第 8 圖層，顯示點(diǎn)，任選四點(diǎn)做兩條相交直線（無(wú)界） ，在選擇菜單“插入”∕ “掃掠”∕ “掃掠” ，掃掠效果如圖所示。選擇菜單“插入”∕ “裁剪”∕“修剪的片體”修剪上面得到的片體，完成效果如圖所示。2.5 創(chuàng)建輪轂盤(pán)實(shí)體選擇菜單中“插入”∕ “組合體”∕ “縫合” ，選擇所有片體為目標(biāo)片體，單擊應(yīng)用按鈕，此時(shí)片體已經(jīng)縫合成實(shí)體，如圖所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 28 -南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 29 -3 基于 UG 的輪轂盤(pán)數(shù)控加工編程3.1 創(chuàng)建輪轂盤(pán)上表面加工程序1）創(chuàng)建程序在“加工創(chuàng)建”工具條中單擊“創(chuàng)建程序”按鈕，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建程序”對(duì)話框，在“類(lèi)型”下拉列表中選擇 mill_contour 選項(xiàng)。在“程序”下拉列表中選擇NC_PROGRAM 選項(xiàng)。在 “名稱(chēng)”文本框中輸入 PROGRAM，并單擊兩次“確定”按鈕，完成創(chuàng)建程序操作，如圖 3－1 所示。圖 3－1 “創(chuàng)建程序”對(duì)話框2）創(chuàng)建加工刀具在“加工創(chuàng)建”工具條中單擊“創(chuàng)建刀具”按鈕，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建刀具”對(duì)話框，在“類(lèi)型”下拉列標(biāo)中選擇 mill_contour 選項(xiàng)。在 Tool subtype 選項(xiàng)框中單擊“銑刀”按鈕。在“刀具”下拉列表中選擇 GENERIC_MACHINE 選項(xiàng)，在“名稱(chēng)”文本“中輸入 D16R1，如圖 3－2 所示。單擊“應(yīng)用”按鈕進(jìn)入“刀具參數(shù)設(shè)置”“話框，在此對(duì)話框中設(shè)置參數(shù)，單擊“確定”完成第一把刀具的創(chuàng)建操作，如圖3－3 所示。按照前面的操作完成第二把刀具 D10R1 和第三把刀具 BALL_D8 的創(chuàng)建。圖 3－2“創(chuàng)建刀具”對(duì)話框南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 30 -“圖 3－3“刀具參數(shù)設(shè)置”對(duì)話框3）創(chuàng)建幾何體在“加工創(chuàng)建”工具條中單擊“創(chuàng)建幾何體”按鈕，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建幾何體”對(duì)話框，在“類(lèi)型”下拉列表中選擇 mill_contour“項(xiàng)。在“幾何體子類(lèi)型”選項(xiàng)框中單擊“MCS”按鈕，在 “幾何體”下拉列表中選擇 GEOMETRY 選項(xiàng)， “名稱(chēng)”文本框中為系統(tǒng)內(nèi)定的名稱(chēng) MCS， “創(chuàng)建幾何體” 對(duì)話框如圖 3－4 所示。在 MCS 對(duì)話框中單擊“自動(dòng)判斷”按鈕，在繪圖區(qū)選擇毛坯頂面為 MCS 放置面，完成加工坐標(biāo)系的創(chuàng)建。圖 3－4“創(chuàng)建幾何體”對(duì)話框4）工件創(chuàng)建在“類(lèi)型”下拉列表中選擇 mill_contour 選項(xiàng)，在“幾何體子類(lèi)型”選項(xiàng)框中南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 31 -單擊“MILL_GEOM”按鈕，在“幾何體”下拉列表中選擇 MCS 選項(xiàng)，在“名稱(chēng)”文本框按系統(tǒng)內(nèi)定的名稱(chēng) MILL_GEOM，進(jìn)入 MILL_GEOM 對(duì)話框。在 MILL_GEOM 對(duì)話框中單擊 “工件幾何體”按鈕，系統(tǒng)彈出 “工件幾何體”對(duì)話框。在繪圖區(qū)選擇部件作為工件幾何體，完成工件幾何體操作。單擊“指定毛坯”選項(xiàng)的“毛坯”按鈕，系統(tǒng)彈出“毛坯幾何體”對(duì)話框，在繪圖區(qū)選擇毛坯幾何體，完成毛坯幾何體的創(chuàng)建。5）創(chuàng)建方法在“加工創(chuàng)建”工具條中單擊“創(chuàng)建方法”按鈕，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建方法”對(duì)話框，在“類(lèi)型”下拉列表中選“mill_contour 選項(xiàng)。在“方法子類(lèi)型”選項(xiàng)框中單擊“粗銑”按鈕，在“方法”下拉列表中選擇 METHOD 選項(xiàng)，在“名稱(chēng)”文本框中輸入名稱(chēng) MILL_R，如圖 3－5 所示。在“模型粗加工”對(duì)話框， “部件余量”文本框中輸入 0.5，其余參數(shù)按系統(tǒng)內(nèi)定，完成切削方法操作。利用同樣方法，依次創(chuàng)建MIIL_M（半精加工） 、MILL_F（精加工） ，其中半精加工的部件余量為 0.3，精加工的部件余量為 0。圖 3－5 “創(chuàng)建方法”對(duì)話框6）創(chuàng)建操作在“加工創(chuàng)建”工具條中單擊“創(chuàng)建操作”按鈕，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建操作”對(duì)話框，在“類(lèi)型”下拉列表中選擇 mill_countour 選項(xiàng)。在“操作子類(lèi)型”選項(xiàng)框中單擊“型腔銑”按鈕，在“程序”下拉列表中選擇 PROGRAM 選項(xiàng)為程序名。在“刀具”下拉列表中選擇 D16R1 選項(xiàng)，在“幾何體”下拉列表中選擇 MILL_GEOM 選項(xiàng)，在“方法”下拉列表中選擇 MILL_R 選項(xiàng)，如圖 3－6 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 32 -圖 3－6“創(chuàng)建操作”對(duì)話框7）型腔銑切削參數(shù)的設(shè)置在“型腔銑”對(duì)話框中的“切削模式”下拉列表中選擇“跟隨周邊”選項(xiàng)，在“步進(jìn)”下拉列表中選擇“刀具直徑”選項(xiàng)，在“百分比”文本框中輸“75，在“全局每刀深度”文本框中輸入 0.5。在“型腔銑”對(duì)話框中單擊“切削參數(shù)”按鈕，系統(tǒng)彈出“切削參數(shù)”對(duì)話框，單擊“策略“標(biāo)簽，在“切削方向”下拉列表框中選擇“順銑”選項(xiàng)，在“切削順序”下拉列表中選擇“深度優(yōu)先”選項(xiàng)，在“圖樣方向”中選擇“向內(nèi)”選項(xiàng)，選中“島清理”復(fù)選框，如圖 3－7 所示。圖 3－7“切削參數(shù)”對(duì)話框南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 33 -在“切削參數(shù)”對(duì)話框中單擊“余量”標(biāo)簽，在“部件側(cè)面余量”文本框中輸入 0.5。單擊“連接”標(biāo)簽，在“區(qū)域排序”下拉列表框中選擇“優(yōu)化”選項(xiàng)，選中“區(qū)域連接”復(fù)選框。在“型腔銑”對(duì)話框中單擊“非切削運(yùn)動(dòng)”按鈕，單擊“進(jìn)刀”標(biāo)簽，在“進(jìn)刀類(lèi)型”下拉列表框中選擇“螺旋線”選項(xiàng)，在“直徑”中輸入 65，在“最小傾斜長(zhǎng)度”中輸入 0。在“型腔銑”對(duì)話框中單擊“進(jìn)給和速度”按鈕，在“主軸速度”中輸入1100，在“切削”中輸入 800，完成進(jìn)給和速度的操作。8）粗加工刀具路徑生成在“型腔銑”對(duì)話框中單擊“生成”按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)算刀具路徑。計(jì)算完成后，完成粗加工刀具路徑操作，如圖 3－8 所示，半精加工、精加工的操作過(guò)程與粗加工相似，圖 3－9 為精加工的刀具路徑。圖 3－8 生成的粗加工刀具路徑南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 34 -圖 3－9 生成的精加工刀具路徑9）刀具路徑的模擬刀具路徑的模擬如圖 3-10 所示，圖 3-11 為模擬的效果圖。圖 3-10 刀具路徑的模擬南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 35 -圖 3-11 模擬完成的效果圖3.2 創(chuàng)建輪轂盤(pán)下表面的加工程序按照上述步驟再對(duì)其下表面進(jìn)行數(shù)控加工，完成粗加工刀具路徑操作，如圖3－12 所示，半精加工、精加工的操作過(guò)程與粗加工相似，圖 3－13 為精加工的刀具路徑。刀具路徑的模擬如圖 3-14 所示。圖 3－12 生成的粗加工刀具路徑南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 36 -圖 3－13 生成的精加工刀具路徑圖 3-14 刀具路徑的模擬3.3 生成的部分?jǐn)?shù)控加工代碼N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T01 M06N0040 G0 G90 X.0124 Y.3877 S0 M03N0050 G43 Z1.9687 H00N0060 Z.9057N0070 G3 X.4323 Y.3971 Z.7089 I.2107 J-.0285 K.057 F49.2南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 37 -N0080 I-.0349 J-.0063 F98.4N0090 G1 X.5253 Y.414 M08N0100 G3 I-.1279 J-.0232N0110 G1 X.6182 Y.4308N0120 G3 I-.2208 J-.04N0130 G1 X.7112 Y.4477N0140 G3 I-.3138 J-.0569N0150 G1 X.8042 Y.4645N0160 G3 I-.4068 J-.0737N0170 G1 X.8972 Y.4814N0180 G3 I-.4998 J-.0906N0190 G1 X.9901 Y.4982N0200 G3 I-.5927 J-.1074N0210 G1 X1.0831 Y.5151N0220 G3 I-.6857 J-.1243N0230 G1 X1.1761 Y.5319N0240 G3 I-.7787 J-.1411N0250 G1 X1.269 Y.5488N0260 G3 I-.8716 J-.158N0270 G1 X1.362 Y.5656N0280 G3 I-.9646 J-.1748N0290 G1 X1.455 Y.5825N0300 G3 I-1.0576 J-.1917N0310 G1 X1.548 Y.5993N0320 G3 I-1.1506 J-.2085N0330 G1 X1.6409 Y.6162N0340 G3 I-1.2435 J-.2254…………………………………….N3330 G1 X-2.5974 Y4.7884N3340 G3 X-2.7315 Y4.6887 I2.6207 J-3.6657N3350 G1 X-2.7316 Y4.6886N3360 G3 X-2.917 Y4.5378 I2.8165 J-3.6506南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 38 -N3370 X-2.6109 Y4.4487 I.3835 J.7469N3380 G1 X-2.6107 Y4.4486N3390 X-2.6105N3400 G3 X-2.2508 Y4.488 I.0846 J.8905N3410 X-2.0302 Y4.5779 I-.5358 J1.6293N3420 G1 X-2.0296 Y4.5782N3430 X-2.0289 Y4.5786N3440 G3 X-1.761 Y4.7429 I-.674