玩具汽車的逆向造型研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

目 錄第一章 緒論1.1逆向工程簡(jiǎn)介31.1.1逆向工程的概念31.1.2逆向工程的現(xiàn)狀及應(yīng)用41.1.3逆向工程的一般步驟41.2測(cè)量工具ATOS介紹51.3軟件Pro/E介紹61.4CATIA軟件介紹71.5本課題的意義和內(nèi)容9第二章 逆向工程中的測(cè)量技術(shù)2.1測(cè)量方式112.2零件掃描過程122.3本章小結(jié)15第三章 逆向工程的后處理及三維建模3.1逆向工程的后處理153.1.1逆向工程后處理的要求153.1.2曲線與曲面的連續(xù)性153.1.3曲線的擬合153.1.4曲線的構(gòu)建163.1.5點(diǎn)數(shù)據(jù)處理173.1.6曲線的構(gòu)建和分析183.1.7曲面構(gòu)建與分析19 3.2基于CATIA軟件下逆向后處理213.2.1 CATIA曲面重構(gòu)工具介紹213.2.2平面特征223.3曲面重構(gòu)具體過程456223.4曲率分析303.5本章小結(jié)32第四章 基于Pro/E的玩具汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及虛擬裝配4.1 各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)324.1.1規(guī)則實(shí)體重構(gòu)方法324.1.2零件設(shè)計(jì)的一般步驟334.2虛擬裝配384.3本章小結(jié)41第五章 結(jié)論參考文獻(xiàn)43致 謝44第一章 緒論1.1逆向工程簡(jiǎn)介1.1.1逆向工程的概念 逆向工程(反求工程)是利用對(duì)實(shí)物測(cè)量的數(shù)據(jù)重新構(gòu)造實(shí)物的計(jì)算機(jī)模型，然后利用CAD/CAE/CAM等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行分析、再設(shè)計(jì)、數(shù)控編程等操作，而后進(jìn)行加工。逆向工程現(xiàn)己發(fā)展為CAD/CAM中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的范疇。通過實(shí)物模型產(chǎn)生CAD模型，可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)充分利用CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并適應(yīng)智能化、集成化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程中的信息交換。實(shí)施逆向工程可以充分發(fā)揮先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備的優(yōu)越性，使其既可以作為CAD/CAM系統(tǒng)所需要的三維輸入裝置，又可以作為CAD/CAM系統(tǒng)處理后的誤差檢測(cè)評(píng)估裝置，從而提高工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，制造自動(dòng)化程度，縮短產(chǎn)品的試制開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。將逆向工程技術(shù)定義為沒有工程圖紙的情況下，對(duì)物體的物理模型進(jìn)行測(cè)量，通過對(duì)測(cè)量信息的分析和處理來反求其CAD模型的過程。在這一意義下，逆向工程可以定義為:是將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱。逆向工程是綜合性很強(qiáng)的術(shù)語，它是以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)己有新產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是對(duì)己有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，特別強(qiáng)調(diào)再創(chuàng)造是反求的靈魂。從工程應(yīng)用的目的出發(fā)，將反求工程的研究領(lǐng)域拓寬到工藝、材料、原理等方面的反求，是廣義上的反求。應(yīng)該看到:逆向工程有其獨(dú)特的共性技術(shù)和內(nèi)容，還是一門新興的交叉學(xué)科分支?，F(xiàn)行產(chǎn)品中的各種復(fù)雜高新技術(shù)，在逆向工程中都會(huì)遇到如何消化吸收并加以改進(jìn)和提高。所以對(duì)于新興技術(shù)的理解、消化和推廣上，逆向工程作用十分巨大。現(xiàn)代人們通稱的設(shè)計(jì)一般均指正向設(shè)計(jì)。它根據(jù)市場(chǎng)需要提出目標(biāo)和技術(shù)要求，使設(shè)計(jì)意圖變?yōu)楫a(chǎn)品。如何合理利用他人的設(shè)計(jì)思想，加快自身產(chǎn)品更新?lián)Q代的能力，是在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天站穩(wěn)腳跟，持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。實(shí)際上，在設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，任何產(chǎn)品的問世，包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制，都蘊(yùn)含著對(duì)已有科學(xué)、技術(shù)的應(yīng)用和借鑒改進(jìn)?？梢钥闯觯辞笏季S在工程中的應(yīng)用己源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，然而提出這種術(shù)語并作為一門學(xué)問去研究，則出現(xiàn)于60年代，逆向工程是各國(guó)技術(shù)進(jìn)步、發(fā)展，尤其是發(fā)展中國(guó)家迅速改變技術(shù)落后狀況，提高綜合設(shè)計(jì)、決策水平、制造水平，趕超世界先進(jìn)水平的迅捷之路。戰(zhàn)后日本工業(yè)恢復(fù)的需要使其首先對(duì)逆向工程進(jìn)行了較早的研究，日本提出“第一臺(tái)引進(jìn)，第二臺(tái)國(guó)產(chǎn)化，第三臺(tái)出口”的口號(hào)，用了近二十年時(shí)間迅速崛起成為世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)就是一個(gè)生動(dòng)的歷史證明1。1.1.2逆向工程的現(xiàn)狀及應(yīng)用 逆向工程是近年來發(fā)展起來的消化、吸收和提高先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法以及應(yīng)用技術(shù)的組合，其主要目的是為了改善技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)用逆向工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，給人們有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各國(guó)百分之七十以上的技術(shù)源于國(guó)外，逆向工程作為掌握技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產(chǎn)率。因此研究逆向工程技術(shù)，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，具有重大的意義。逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域大致可分為以下幾種情況：（1）在產(chǎn)品仿制中的應(yīng)用 有時(shí)，擬合制作的產(chǎn)品沒有原始的設(shè)計(jì)圖檔，而是由委托單位交付樣品或?qū)嵨锬Ｐ?，?qǐng)制作單位復(fù)制。傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機(jī)或三軸仿形銑床以1: 1的比例制作模具，再生產(chǎn)產(chǎn)品。這種方法屬于模擬型復(fù)制，其缺點(diǎn)是無法建立工件尺寸圖檔，因而也無法用現(xiàn)有的CAD軟件對(duì)其進(jìn)行修改，故已漸為新型的數(shù)字化逆向工程系統(tǒng)所取代。在這種情況下，在對(duì)零件原形進(jìn)行三維反求的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖紙或CAD模型，并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工的NC代碼，加工復(fù)制出一個(gè)相同的零件。（2）在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的要求越來越高。為贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，不僅要求產(chǎn)品的功能先進(jìn)，而且要求外形美觀。而在造型中針對(duì)產(chǎn)品外形的美學(xué)設(shè)計(jì)，已不是傳統(tǒng)訓(xùn)練下的機(jī)械工程師所能勝任的。一些具有美工背景的設(shè)計(jì)師們可利用CAD技術(shù)構(gòu)想創(chuàng)新的美觀外形，再以手工方式塑造出模型，如木模、石膏模、粘土模、膠模、工程塑膠模、玻璃纖維模等，然后再以三維測(cè)量的方式建立曲面模型。在美學(xué)設(shè)計(jì)特別重要的領(lǐng)域，例如汽車外型設(shè)計(jì)廣泛采用真實(shí)比例的木制或泥塑模型來評(píng)估設(shè)計(jì)的美學(xué)效果，而不采用在計(jì)算機(jī)屏幕上縮小比例的物體投視圖的方法，此時(shí)需用逆向工程的設(shè)計(jì)方法。（3）在舊產(chǎn)品改進(jìn)中的應(yīng)用 在對(duì)舊產(chǎn)品改進(jìn)時(shí)，有時(shí)并沒有零件的CAD模型，因此需要利用逆向工程技術(shù)建立產(chǎn)品的幾何模型，然后再利用傳統(tǒng)的CAD軟件對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)要設(shè)計(jì)需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能定型的工件模型時(shí)，通常采用逆向工程的方法。比如航天航空領(lǐng)域，為了滿足產(chǎn)品對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)等要求，首先要求在初始設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過各種性能測(cè)試(如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等)建立符合要求的產(chǎn)品模型，這類零件一般具有復(fù)雜的自由曲面外型，最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計(jì)這類零件及反求其模具的依據(jù)。（4）在RPM (Rapid Prototyping Manufacturing，快速原型制造)中的應(yīng)用 快速原型制造(又稱RP技術(shù))是80年代后期興起的一種基于材料累加法的高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來制造領(lǐng)域的一次重大突破。RPM綜合了機(jī)械、CAD,數(shù)控、激光以及材料科學(xué)等各種技術(shù)，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，用以?duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評(píng)估、修改及功能試驗(yàn)，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。而以RP系統(tǒng)為基礎(chǔ)的快速工裝模具制造(Quick Tooling/Molding)和快速精鑄技術(shù)(Quick Casting)等則可實(shí)現(xiàn)零件的快速制造(Quick Manufacturing)。 為應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，首先應(yīng)該有產(chǎn)品的三維幾何模型。盡管己經(jīng)出現(xiàn)了許多成功的三維CAD軟件，但運(yùn)用這些軟件建立一個(gè)復(fù)雜的零件模型，仍相當(dāng)費(fèi)時(shí)。有時(shí)工程界提供的是實(shí)物，需要由實(shí)物制造模具或作設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，因此在RPM中經(jīng)常利用逆向工程技術(shù)來建立產(chǎn)品的幾何模型。 此外，在計(jì)算機(jī)圖形和動(dòng)畫、工藝美術(shù)和醫(yī)療康復(fù)工程等領(lǐng)域，也經(jīng)常需要根據(jù)實(shí)物快速建立物體的三維幾何模型。另一個(gè)重要的應(yīng)用如修復(fù)破損的藝術(shù)品或缺乏供應(yīng)的損壞零件等，此時(shí)不需要對(duì)整個(gè)零件原型進(jìn)行復(fù)制，而是借助逆向工程技術(shù)抽取零件原形的設(shè)計(jì)思想，指導(dǎo)新的設(shè)計(jì).這是由實(shí)物逆向推理出設(shè)計(jì)思想的一種漸近過程。因此，逆向工程技術(shù)在這些領(lǐng)域中也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。1.1.3逆向工程的一般步驟 逆向工程一般可分為四個(gè)階段: 1.零件原形的數(shù)字化通常采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)或激光掃描等測(cè)量裝置來獲取零件原形表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。 2.從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割，采用幾何特征匹配與識(shí)別的方法來獲取零件原形所具有的設(shè)計(jì)與加工特征。3.零件原形CAD模型的重建將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的CAD模型。 4.重建CAD模型的檢驗(yàn)與修正采用根據(jù)獲得的CAD模型重新測(cè)量和加工出樣品的方法來檢驗(yàn)重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗(yàn)性能指標(biāo)的要求，對(duì)不滿足要求者重復(fù)以上過程，直至達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求。1.2測(cè)量工具ATOS介紹德國(guó)GOM公司獨(dú)家研制的ATOS流動(dòng)式光學(xué)掃描儀是目前市場(chǎng)上最為先進(jìn)的非接觸式三坐標(biāo)掃描設(shè)備。該設(shè)備采用可見光，將特定的光柵條紋投影到測(cè)量工件表面，借助兩個(gè)高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)對(duì)光柵干涉條紋進(jìn)行拍照，利用光學(xué)拍照定位技術(shù)和光柵測(cè)量原理，可在極短的時(shí)間獲得復(fù)雜工件表面的完整點(diǎn)云。其獨(dú)特的流動(dòng)式設(shè)計(jì)和不同視角點(diǎn)云的自動(dòng)拼合技術(shù)，使掃描不需要借助于機(jī)床的驅(qū)動(dòng)，掃描范圍可達(dá)12m，而掃描大型工件則變得高效、輕松和容易。其高質(zhì)量的完美掃描點(diǎn)云可用于產(chǎn)品開發(fā)、逆向工程、快速成型、質(zhì)量控制，甚至可實(shí)現(xiàn)直接加工。ATOS系統(tǒng)作為第三代逆向工程用數(shù)字化系統(tǒng)中最杰出的代表，他的工作原理在硬件結(jié)構(gòu)及軟件功能方面極具有領(lǐng)先性。ATOS系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)光測(cè)量的方式，利用光柵投影單元將一組具有相位信息的光柵條紋投影到測(cè)量工件表面，利用左右兩個(gè)高分辨率數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行同步的測(cè)量，利用立體相機(jī)測(cè)量的原理，可以在極短的時(shí)間內(nèi)獲得物體表面大量的三維數(shù)據(jù)。 ATOS每次所得到數(shù)據(jù)是一幅類似照片狀的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)于掃描一個(gè)整體零件來講，ATOS系統(tǒng)利用首創(chuàng)的參考點(diǎn)技術(shù)將每幅點(diǎn)云拼接起來，以得到一個(gè)完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型。為防止利用參考點(diǎn)技術(shù)拼接點(diǎn)云數(shù)據(jù)造成累計(jì)誤差，超出技術(shù)要求，故GOM公司最先發(fā)明了數(shù)碼相機(jī)定位技術(shù),即TRITOP系統(tǒng)，利用特有的數(shù)碼點(diǎn)和參考點(diǎn)來構(gòu)建一個(gè)完整的座標(biāo)定位系統(tǒng)，而掃描頭所掃描的數(shù)據(jù)則會(huì)自動(dòng)根據(jù)參考點(diǎn)的位置而自動(dòng)粘貼上去，利用這樣的方法，從而使掃描大到10米的汽車及汽車內(nèi)外飾件而成為可能，且精度也可以達(dá)到0.1mm/m。ATOS掃描儀的技術(shù)優(yōu)勢(shì)： （1）高質(zhì)量的掃描點(diǎn)云 ATOS采用高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)采集數(shù)據(jù)，可在短時(shí)間內(nèi)獲得任何復(fù)雜表面的密集點(diǎn)云（點(diǎn)距0.030.5mm），并可根據(jù)表面的曲率變化生成完美的網(wǎng)格面，便于后期的曲面重建和直接加工。可清晰獲得細(xì)小特征，并可方便提取工件表面特征（圓孔、方孔、邊界線、黑膠帶線等）。測(cè)量的綜合精度<0.1mm/m。 （2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于攜帶 整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)由掃描頭、三角架、控制器及電腦組成，可放置在兩個(gè)手提箱內(nèi)隨處攜帶，設(shè)備安裝、標(biāo)定工作可在10min完成，無需預(yù)熱即可掃描，可在任何環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。 （3）測(cè)量效率高 單幅掃描時(shí)間只需1或8秒，6小時(shí)即可完成1:1整車的外表面掃描。 （4）測(cè)量范圍大 掃描頭的單幅測(cè)量范圍可以通過調(diào)整鏡頭, 實(shí)現(xiàn)多種測(cè)量范圍，單幅測(cè)量范圍從5040mm到20002000 mm；掃描點(diǎn)云的密度為0.03mm 1mm，適合測(cè)量不同尺寸零件：10mm 12m。 （5）具有自我監(jiān)測(cè)功能 采用雙CCD測(cè)量方式，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量精度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)掃描過程中由于振動(dòng)和環(huán)境光線變化對(duì)測(cè)量精度的影響，保證掃描精度。 （6）方便使用、性能穩(wěn)定 系統(tǒng)軟件和硬件均采用模塊化設(shè)計(jì)，性能穩(wěn)定。設(shè)備操作簡(jiǎn)單，經(jīng)過兩天的培訓(xùn)即可熟練的操作，軟件提供完善的在線幫助和批處理功能，可適用于生產(chǎn)線檢測(cè)。 （7）首創(chuàng)的參考點(diǎn)拼合技術(shù) 不同視角的測(cè)量數(shù)據(jù)依靠粘貼在工件表面公共的三個(gè)參考點(diǎn)，可自動(dòng)拼合在統(tǒng)一坐標(biāo)系內(nèi)，從而獲得完整的掃描數(shù)據(jù)。可根據(jù)工件尺寸選擇不同直徑的參考點(diǎn)（1mm8mm），對(duì)于被參考點(diǎn)覆蓋而在工件表面留下的空洞，軟件可根據(jù)周圍點(diǎn)云的曲率變化進(jìn)行插補(bǔ)。 （8）先進(jìn)的數(shù)碼相機(jī)定位技術(shù) 對(duì)于復(fù)雜的大型工件，采用數(shù)碼相機(jī)拍照和整和定位計(jì)算，可迅速測(cè)量出全部參考點(diǎn)的空間三坐標(biāo)值，從而建立統(tǒng)一的參考點(diǎn)的坐標(biāo)框架，再利用ATOS掃描頭進(jìn)行測(cè)量，獲得完整的掃描點(diǎn)云。通過這種方式，消除了積累誤差，提高大型工件的掃描精度。1.3軟件Pro/E介紹 Pro/ENGINEER軟件由美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)而成，是機(jī)械CAD/CAM軟件的后起之秀，它采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，集三維實(shí)體和曲面造型、裝配造型、三維工程圖、數(shù)控加工、有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、飯金設(shè)計(jì)、加工和裝配工藝過程。設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)等功能于一體，特別是其全參數(shù)化和全相關(guān)功能強(qiáng)大的實(shí)體造型技術(shù)，精悍、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和能支持所有UN工X平臺(tái)Windows，Windows/NT平臺(tái)，使它成為快速成形技術(shù)行業(yè)中市場(chǎng)占有率最高的CAD軟件的核心技術(shù)特點(diǎn)： 1、基于特征Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用，并以這些簡(jiǎn)單特征為基礎(chǔ)來進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的構(gòu)造。裝配、加工、制造以及其他學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)(不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性)，然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 2、全尺寸約束 在Pro/ENGINEER的設(shè)計(jì)過程中，將零件的尺寸和形狀結(jié)合起來考慮，通過尺寸約束實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。幾何造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(diǎn)(全約束)，不能漏標(biāo)尺寸(欠約束)，也不能多標(biāo)尺寸(過約束)。 3、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改 Pro/ENGINEER設(shè)計(jì)過程中是通過編輯尺寸數(shù)值來驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變。Pro/ENGINEER提供了獨(dú)特的Pro/GRAMME，讓設(shè)計(jì)者可以通過簡(jiǎn)單的編程，來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型尺寸修改的程序化，從而實(shí)現(xiàn)程序化修改產(chǎn)品的幾何形狀，并可以利用此功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系列化，建立產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)零件等。 4、全數(shù)據(jù)相關(guān) 為加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使Pro/ENGINEER獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。Pro/ENGINEER是建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上的，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)數(shù)據(jù)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)全過程統(tǒng)一起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)。Pro/ENGINEER的全相關(guān)性保證在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 5、裝配管理 Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使設(shè)計(jì)者使用一些直觀的命令，例如“嚙合”、 “插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。作為世界一流的三維CAD/CAM軟件，Pro/ENGINEER不僅提供了復(fù)雜的功能而且還為用戶提供了開發(fā)接口，同時(shí)Pro/ENGINEER還自帶一個(gè)PROGRAM模塊。 6、制造加工 現(xiàn)今加工制造業(yè)所面臨的加工目標(biāo)要求多，如工件復(fù)雜性、精度要求及生產(chǎn)效率等的門檻越來越高，同行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。在眾多強(qiáng)勁對(duì)手中，需要更進(jìn)一步提高加工技術(shù)的水平，才能在同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。在PRO/E的CAD/CAM系列模塊中，除了提供用于建立計(jì)算機(jī)幾何模型的輔助工具(CAD),還提供了在設(shè)計(jì)產(chǎn)品加工制造工藝時(shí)所需要的輔助工具(CAM)，使用戶在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上更得心應(yīng)手，加工制造技術(shù)更快速，生產(chǎn)程序更具有效率，上市時(shí)間更加領(lǐng)先，質(zhì)量更加可靠。讓用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)流程連貫化，因此更具有競(jìng)爭(zhēng)力。在產(chǎn)品加工制造的環(huán)節(jié)上，PRO/E在設(shè)計(jì)NC加工制造程序上提供了功能強(qiáng)大的輔助工具一PRO/NC加工制造模塊。使用戶可以利用PRO/NC將產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)幾何模型與計(jì)算機(jī)輔助制造進(jìn)行整合，配合NC加工制造技術(shù)上所需要的各項(xiàng)加工參數(shù)：加工所需要的模型、加工坯料、夾具、加工刀具、加工機(jī)床及各種加工參數(shù)等等，來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的各種加工工藝。PRO/NC多樣化的加工輔助制造程序設(shè)計(jì)工具，可以分別針對(duì)各類型加工機(jī)床(兩軸半至五軸各型加工中心、兩軸及四軸車床、兩軸及四軸電火花線切割機(jī)等)及各種加工方式(銑、車、鉆、電火花加工等等)，自動(dòng)產(chǎn)生適用于加工機(jī)床及加工刀具與控制器所需要的加工控制數(shù)據(jù)。利用輸出的加工控制數(shù)據(jù)可進(jìn)行實(shí)際加工，制造出所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品及零件模型。工程師利用PRO/NC設(shè)計(jì)好加工程序后，產(chǎn)生的加工刀具相對(duì)于加工坐標(biāo)的路徑數(shù)據(jù)稱為CL DATA (CUTTER LOCATION DATA)。所得到的CL DATA可以利用PRO/NC-CHECK在計(jì)算機(jī)中模擬所設(shè)計(jì)的加工程序切削材料時(shí)的狀況，由此觀察廢料的產(chǎn)生及避免加工失敗。還可以協(xié)助制造工程師達(dá)到制造流程最佳化的目的，并檢驗(yàn)產(chǎn)品在進(jìn)行切削時(shí)的狀況。設(shè)計(jì)加工制造程序所產(chǎn)生的CL DATA，可經(jīng)由PRO/NCPOST進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，得到適用于實(shí)際加工所需要的機(jī)械控制碼(NCCODE)。所產(chǎn)生的NC CODE配合適當(dāng)?shù)墓ぞ呒凹庸C(jī)床，可以實(shí)際應(yīng)用PRO/NC所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品加工制造工藝。1.4 CATIA軟件介紹1、CATIA簡(jiǎn)介CATIA應(yīng)該說是最高檔的CAD/CAM軟件，由法國(guó)Dassault公司開發(fā)，后Dassault被美國(guó)的IBM公司收購。該軟件原運(yùn)行于IBM的工作站上，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為VM/CMS，現(xiàn)已成移植至個(gè)人PC，這又使這一功能強(qiáng)大的軟件的使用者更加廣泛。與UG、EUCLID、PRO/E等相比，該軟件在曲面造型方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該說是任何一個(gè)CAD三維軟件所不能比的，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶等行業(yè)的復(fù)雜曲面造型設(shè)計(jì)中（據(jù)信現(xiàn)在國(guó)內(nèi)幾乎所有的飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院所都用CATIA）。CATIA軟件的曲面造型技術(shù)為這些行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)、方便、快捷的手段，使設(shè)計(jì)更趨完美，周期越來越短，極大地提高了開發(fā)效率。通過其豐富的產(chǎn)品線提供一個(gè)集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。為了保證其最大的靈活性，CATIA在提供了面對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)與仿真的CATIAP2、P3平臺(tái)軟件的同時(shí)，還配備了面對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單建模需求的CATIAP1平臺(tái)2。CATIA是CAD/CAM業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者，其作為全球CAD/CAM市場(chǎng)的領(lǐng)袖，有20年以上豐富的經(jīng)驗(yàn)，擁有大大小小9000多家客戶，IBM的CATIA解決方案極大的提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。從概念設(shè)計(jì)到最終的產(chǎn)品，CATIA廣泛的集成解決方案加快了產(chǎn)品開發(fā)的全過程。CATIA涵蓋的范圍是一個(gè)跨行業(yè)的解決方案，包括汽車、航空航天、消費(fèi)品、制造與裝配、工廠設(shè)計(jì)、火車及重型機(jī)械等，比其它任何CAD/CAM的產(chǎn)品都廣泛，它提供了一套全面的解決方案，可以建設(shè)一個(gè)完善而無縫的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境；（1）CATIA的解決方案是一個(gè)可信賴的、經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的、先進(jìn)的解決方案，具有象IBM等這樣幾十家工業(yè)巨頭將CATIA作為核心設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)，更重要的是CATIA可以根據(jù)不同規(guī)模、不同應(yīng)用的企業(yè)定制完全適合本企業(yè)的最佳解決方案；（2）CATIA特有的并行工程能力，可使所有的設(shè)計(jì)者、制造廠及供應(yīng)商等都能共享相同的數(shù)據(jù)庫，大幅度降低生產(chǎn)改變時(shí)及修改零部件所需的費(fèi)用。（3）CATIA已成為世界工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，主流軟件。近年來，應(yīng)用于CATIA解決方案在商業(yè)應(yīng)用方面碩果累累，豐富的應(yīng)用軟件支持整個(gè)產(chǎn)品周期，從構(gòu)想、設(shè)計(jì)直到制造維護(hù)。并且CATIA已成為工業(yè)界的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖制造商所用的核心系統(tǒng)。（4）CATIA在造型風(fēng)格、設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特長(zhǎng)處，為各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供了端對(duì)端（end-to-end)的解決方案。CATIA涉及生產(chǎn)、加工和人員三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。（5）CATIA的可伸縮性和并行工程的能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。CATIA軟件已成為世界各地設(shè)計(jì)師和工程師的設(shè)計(jì)最佳工具。2、應(yīng)用CATIA軟件從事設(shè)計(jì)的技術(shù)人員前景：由于CATIA軟件的強(qiáng)大功能，其已為越來越多的行業(yè)帶來巨大利潤(rùn)，因此從事設(shè)計(jì)的人員薪水也極為可觀（目前特別是外企或私企的汽車行業(yè)），對(duì)個(gè)人而言，其發(fā)展前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軟件業(yè)（眾所周知，除極少數(shù)人外，大多從事軟件業(yè)者很難逃脫其年齡瓶頸），是絕對(duì)金領(lǐng)。這也是眾多大專院校學(xué)生面對(duì)日益激烈的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，可以增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，把握自己未來的發(fā)展的一個(gè)強(qiáng)大工具。1.5本課題的意義和內(nèi)容 本文的選題背景是探討利用逆向工程這一先進(jìn)的制造技術(shù)手段來解決玩具汽車覆蓋件成形技術(shù)中的一些難題，縮短覆蓋件模具的制造周期，加速玩具汽車工業(yè)的發(fā)展。本課題的工作主要有五個(gè)部分：第一章介紹逆向工程的相關(guān)概念，及發(fā)展現(xiàn)狀； 第二章首先介紹逆向工程的測(cè)量技術(shù)，著重?cái)⑹鋈S激光掃描儀的測(cè)量原理；第三章主要論述了基于CATIA的后處理技術(shù)；第四章主要介紹了基于Pro/E的實(shí)設(shè)計(jì)及虛擬裝配； 第五章是總結(jié)部分，對(duì)全文進(jìn)行總的論述。第二章 逆向工程中的測(cè)量技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中，以逆向方式處理的產(chǎn)品往往具有尺寸不易掌握的特性，這包括外觀的造型以結(jié)構(gòu)上的各種機(jī)構(gòu)的位置。也就是說，該產(chǎn)品數(shù)據(jù)不是以直接的繪制的方式就可獲得的。因此，逆向工程的第一任務(wù)就是如何獲得工程技術(shù)人員所要的點(diǎn)數(shù)據(jù)，以用于后繼的模型建構(gòu)。2.1測(cè)量方式逆向工程所需要的測(cè)量按其特性及應(yīng)用，一般可分為兩大類：接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量，下表列出它們的技術(shù)特點(diǎn)。表2-1 非接觸式與接觸式測(cè)量的比較表測(cè)量方式非接觸式接觸式 測(cè)量精度傳感器測(cè)量速度前置作業(yè)工件材料測(cè)量死角誤差10 - 100 P7"1光電接收器件1000-12000點(diǎn)/秒需噴漆，無基準(zhǔn)點(diǎn)無限定光學(xué)陰影處及光學(xué)焦距變化處隨曲面變化大1 um 開關(guān)器件 人工控制 設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)，校正基準(zhǔn)面 硬質(zhì)材料 工件內(nèi)部不易測(cè)量 部分失真 優(yōu)勢(shì)1.測(cè)量速度快，曲面獲取容易；2.不必做探頭半徑補(bǔ)償；3.可測(cè)量柔軟、易碎、不可接觸薄件、皮毛、變形細(xì)小等工作； 4.無接觸力，不會(huì)傷害精密表面1.精度較高； 2.可直接測(cè)量工件的特定幾何 缺點(diǎn)1.測(cè)量精度較差，無法判別特定的幾何形狀；2.陡峭面不易測(cè)量，激光無法照到的地方不易測(cè)量；3.工件表面與探頭表面不是垂直，則測(cè)量的誤差較大；4.工件表面的暗程度會(huì)影響到1.需逐點(diǎn)測(cè)量，速度慢；2.測(cè)量前要做半徑補(bǔ)償； 3.接觸力大小會(huì)影響測(cè)量精度； 4.接觸力會(huì)造成工件及探頭表 面磨損，影響光滑度； 5.斜面測(cè)量時(shí)，不易補(bǔ)償半徑,精度難以保證；6.測(cè)量工件內(nèi)部時(shí)，形狀會(huì)影響測(cè)量值總上所述可知非接觸式測(cè)量用于表面不規(guī)則的曲面測(cè)測(cè)量，而接觸式用于規(guī)則的幾何體的測(cè)量。由于本課題研究的是屬于曲面形狀零件的汽車覆蓋件，經(jīng)比較選用非接觸式測(cè)量方式的激光測(cè)量。非接觸式測(cè)量一般是基于三角法測(cè)量原理，可分為點(diǎn)接觸式、線接觸式、面接觸式三種。非接觸式探頭一般用于不規(guī)則曲面的測(cè)量，因不規(guī)則曲面對(duì)于接觸式探頭的半徑補(bǔ)償相當(dāng)不易，而且測(cè)量速度相當(dāng)慢。2.2零件掃描過程1、ATOS掃描儀類型選用 ATOS掃描儀有4種型號(hào)：ATOS STD型、ATOS II型、ATOS III型、ATOS1四種。 圖2-1 ATOS掃描儀類型圖顯然欲提高測(cè)量精度一定要減小儀器到被測(cè)物體之間的距離，但由于到儀器盲區(qū)的限制，不能無限縮小。這里選用ATOS I。2、ATOS掃描儀掃描儀使用特點(diǎn) 該掃描儀體積小、重量輕尺寸：寬245mm、長(zhǎng)250mm、高80mm、重量為2公斤，可以架在攝影用的一般三腳架上工作。儀器接通電源后，通過一根USB電纜和計(jì)算機(jī)相連即可進(jìn)行工作。由于測(cè)量時(shí)對(duì)工件以及儀器沒有嚴(yán)格的定位要求，因此可以到達(dá)一些接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x難以到達(dá)的部位進(jìn)行測(cè)量，例如裝在汽車內(nèi)部或飛機(jī)內(nèi)部工作。由于是采用激光非接觸測(cè)量，因此也可以對(duì)柔軟物體表面進(jìn)行測(cè)量，一些薄板覆蓋件。 掃描范圍不受限制，掃描速度快由于后續(xù)軟件具有點(diǎn)云拼接功能，可以非常容易實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的整體掃描。點(diǎn)云拼接功能使得我們可以通過旋轉(zhuǎn)被測(cè)物體或移動(dòng)儀器的位置來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的全面數(shù)據(jù)采集。故其測(cè)量范圍不受限制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大型工件的掃描。圖2-2 ATOS I掃描儀總裝配圖3、掃描定位 由于掃描從一開始就沒有定位某一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)方向，所以掃描的結(jié)果是以掃描儀中心為原點(diǎn)的空間自由坐標(biāo)系，這時(shí)的任何一點(diǎn)的三坐標(biāo)值都是相對(duì)的、過度的。因?yàn)槭褂谜呖梢酝ㄟ^后續(xù)軟件的強(qiáng)大功能將初始測(cè)得的空間自由坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)到自己要求的坐標(biāo)位置上去。這個(gè)過程極其方便，這時(shí)，點(diǎn)云上任何一個(gè)點(diǎn)的三坐標(biāo)尺寸都可變換成使用者所需的新坐標(biāo)系。4、掃描儀對(duì)被掃物體表面的要求以及掃描角度的選取 該掃描儀對(duì)于激光無法到達(dá)的表面，如掃描儀無法進(jìn)入的深孔或內(nèi)腔無法進(jìn)行測(cè)量。因此該掃描儀不適合測(cè)量軸和孔的配合零件。被測(cè)物體的表面以白色亞光為最佳。 對(duì)于透明體和反光很強(qiáng)的物體必須經(jīng)過表面噴涂處理后，同樣可以進(jìn)行掃描。我們要求光束盡量與被測(cè)物體表面垂直，在士30度范圍內(nèi)都是允許的。當(dāng)大于30度后采集到的數(shù)據(jù)雖可在后續(xù)軟件中得到適當(dāng)裁減，但會(huì)影響掃描數(shù)據(jù)的精確程度。5、對(duì)控制掃描儀的計(jì)算機(jī)硬件配置要求CPU：PIV以上，運(yùn)算速度2. 0 GHz顯卡內(nèi)存：64 MB內(nèi)存：512MB以上硬盤：40 GB以上 操作系統(tǒng)：WINDOWS 98/2000/NT/XP2.3本章小結(jié)通過本章的研究，逆向工程的掃描主要分為接觸掃描和非接觸掃描，由于所要掃描的零件是一個(gè)三維曲面零件，故采用了非接觸的三維掃描儀進(jìn)行掃描。首先論敘了掃描的步驟，然后在此基礎(chǔ)上選用了ATOS I掃描儀掃描儀零件。 第三章 逆向工程的后處理及三維建模3.1逆向工程的后處理3.1.1逆向工程后處理的要求 范圍，則更加側(cè)重要求高質(zhì)量的曲面。3.1.2曲線與曲面的連續(xù)性3.1.6曲線的構(gòu)建和分析經(jīng)過處理過的點(diǎn)數(shù)據(jù)可以建立精確且平滑的曲線，曲線的構(gòu)建與分析對(duì)后續(xù)曲面的3.2基于CATIA軟件下逆向后處理3.2.1 CATIA曲面重構(gòu)工具介紹C輸入、生成和過濾原始數(shù)據(jù)。輸入幾何，包括曲線、曲面和多曲面數(shù)據(jù)。創(chuàng)建和修改曲線。手工或自動(dòng)修改幾何；幾何從后續(xù)特征收縮到型特征。掃描工具提供了根據(jù)掃描數(shù)據(jù)建立光滑曲面的工具，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，誤差和光滑程度的需要，基于個(gè)人的逆向工程的經(jīng)驗(yàn)，可以選擇基于曲線、曲面或兩者結(jié)合起來進(jìn)行模型重建。1、基于曲線的逆向工程：首先根據(jù)數(shù)據(jù)建立型曲線，然后通過型曲線建立曲面。通過這個(gè)方法可獲得最終的曲面或獲取用于基于曲面的方法的起始曲面，這種方法在大多數(shù)情況下，要獲取光滑曲面，只能使用掃描數(shù)據(jù)的一小部分。這通常會(huì)導(dǎo)至曲面和沒使用的掃描點(diǎn)之間存在比較大的誤差。要減少誤差，定義曲面時(shí)應(yīng)使用更多的型曲線，但曲面的質(zhì)量會(huì)下降。2、基于曲面的逆向工程:在基于曲面的逆向工程里，可根據(jù)常規(guī)的CATIA曲面和型曲面建立曲面的復(fù)制曲面，然后讓曲面適應(yīng)掃描數(shù)據(jù)，以獲取規(guī)定誤差內(nèi)的曲面。通過增加和去除柵格線，可以提高控制曲面的光滑程度和靈活控制細(xì)節(jié)的能力。基于曲面的方法可以快速建立光滑的曲面，并控制曲面對(duì)掃描數(shù)據(jù)的偏差，使誤差最小。3.2.2平面特征小三角平面；向幾何的選定區(qū)域添加小三角平面的一個(gè)單獨(dú)的層；填充選定幾何的所有凹陷部分，填充需要附加體積的區(qū)域，以便定義在掃描時(shí)變模糊的邊。3.3曲面重構(gòu)具體過程456圖3-25曲面曲率分析圖（三）圖3-26曲面曲率分析圖（四）圖3-27曲面曲率分析圖（五）3.5本章小結(jié)本章是探討逆向工程關(guān)鍵的一步，逆向工程的后處理技術(shù)。首先論述向工程處理的內(nèi)容和處理的原理，然后結(jié)合大型軟件CATIA的逆向工程功能將掃描得到的覆蓋件的點(diǎn)云圖處理成零件圖。通過此章的研究，可以看到逆向工程后處理的好壞將直接影響到零件重構(gòu)的精度，通過CATIA軟件的某些功能可以完成逆向工程的后處理。第四章 基于Pro/E的玩具汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及虛擬裝配4.1 各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)Pro/E是美國(guó)參數(shù)化技術(shù)公司( Parametric Tech-nologyCorporation,簡(jiǎn)稱PTC)的軟件產(chǎn)品。Pro/E具有全參數(shù)化和全相關(guān)的造型技術(shù)模塊,在實(shí)體造型功能和方便的編輯功能方面,可以說是遙遙領(lǐng)先與其它軟件。接口上,Pro/E軟件具有IGS、STL、OBJ等多種輸入輸出數(shù)據(jù)文件,能與UG、I-DEAS、MasterCAM和CATIA等CAD/CAM軟件系統(tǒng)交換數(shù)據(jù),是理想的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)7。4.1.1規(guī)則實(shí)體重構(gòu)方法（1）主要通過拉伸及切除材料命令來實(shí)現(xiàn)，所謂拉伸即選定一個(gè)平面，再次平面上繪制由測(cè)量量得的尺寸圖形（必須是封閉圖形）然后使用拉伸命令，控制拉伸高度，從而得到拉伸實(shí)體；（2）其次還通過旋轉(zhuǎn)命令來重構(gòu)規(guī)則的球形實(shí)體，或是球形實(shí)體的組合及變化實(shí)體，所謂運(yùn)用旋轉(zhuǎn)方法構(gòu)造實(shí)體即：在選定平面繪制好草圖后，在繪制一條中心軸線，然后利用旋轉(zhuǎn)命令讓繪制的草圖繞中心軸線旋轉(zhuǎn)一定角度得到旋轉(zhuǎn)體；（3）除此之外，還可以用掃描、混合掃描和螺旋掃描來制作具有特定變化特征的實(shí)體，如彈簧、鋼管等，此種方法即先繪制實(shí)體的延伸軌跡，然后再繪制界面特征，并定義變量，最后完成實(shí)體的設(shè)計(jì)8。4.1.2零件設(shè)計(jì)的一般步驟以玩具汽車中的以構(gòu)件為例，來詳細(xì)說明Pro/E中零件的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)過程。（1） 打開Pro/E，新建零件，不選缺省模板，選擇中國(guó)制尺寸進(jìn)入繪制三維圖環(huán)境如下圖：圖4-1 Pro/E零件設(shè)計(jì)環(huán)境圖（2）根據(jù)零件的特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的命令，并進(jìn)行草繪，然后將其設(shè)計(jì)成三維實(shí)體，下面是以玩具汽車的零部件的設(shè)計(jì)的具體過程：（1）按尺寸繪制草圖，并拉伸為平板，如下所示：圖4-14 Pro/E零件設(shè)計(jì)-曲面重構(gòu)總圖4.2虛擬裝配Pro/E的裝配原理為六點(diǎn)定位原理，即：限制零件的六個(gè)方向上的自由度，從而使其達(dá)到完全定位的目的，其約束類型有，如下圖所示： 圖4-15 Pro/E虛擬裝配-約束種類圖 具體操作步驟，如下所示（1）新建一組件，進(jìn)行裝配；（2）通過插入元件裝配，導(dǎo)入需要進(jìn)行裝配的零件，如下所示：圖4-16 Pro/E虛擬裝配-開啟圖（3）以一輪系結(jié)構(gòu)件為例來具體說明裝配過程，首先導(dǎo)入車輪，如下所示：圖4-17 Pro/E虛擬裝配-步驟圖（一）（4）然后再插入支撐架，如下所示：圖4-18 Pro/E虛擬裝配-步驟圖（二）（5）建立約束來限制兩者之間的相對(duì)位置，使用軸對(duì)齊，和面匹配，結(jié)圖4-19 Pro/E虛擬裝配-步驟圖（三）（6）接下來將另一個(gè)輪導(dǎo)入，并依此原理進(jìn)行裝配，結(jié)果如下所示：圖4-20Pro/E虛擬裝配-步驟圖（四）（7）最后將輪軸導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)輪系的整體裝配，如下圖所示：圖4-21Pro/E虛擬裝配-步驟圖（五）（8）以此原理可得總的玩具汽車的裝配圖，如下所示：圖4-22 Pro/E虛擬裝配總圖（一）圖4-24 Pro/E虛擬裝配總圖（三）4.3本章小結(jié) 本章介紹了使用Pro/E進(jìn)行零件設(shè)計(jì)的方法及過程，并介紹了虛擬裝配的原理及主要過程等，最后用Pro/E現(xiàn)了零件之間的虛擬裝配，由以上的作圖及裝配過程可以看出Pro/E具有強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)計(jì)功能，可以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量并縮短設(shè)計(jì)周期。第五章 結(jié)論本文結(jié)合逆向工程技術(shù)在玩具汽車重構(gòu)中的應(yīng)用，研究了逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)及其在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問題。主要研究工作和成果概括如下: 1、在對(duì)接觸式和非接觸式測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，分析不同測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得出要根據(jù)工作的具體需要來選擇合適的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法的結(jié)論，并應(yīng)用ATOS I光學(xué)掃描儀高效率、高精度的完成摩托車覆蓋件的數(shù)據(jù)獲取工作。 2、對(duì)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行研究，得出逆向工程數(shù)據(jù)處理的一般流程，并應(yīng)用CATIA軟件完成玩具車覆蓋件的數(shù)據(jù)處理工作，獲得完整、正確的數(shù)據(jù)以方便后續(xù)模型重建工作的進(jìn)行。 3、了解曲線曲面的基本理論，得出結(jié)論:在建模過程中要準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)意圖，根據(jù)建模要求選擇適當(dāng)?shù)那鏈?zhǔn)則，不需要一味地追求高質(zhì)量的曲面，只需保證建模的速度和質(zhì)量。 4、介紹CATIA和Proe軟件，充分利用軟件的優(yōu)勢(shì)，完成玩具汽車模型的重構(gòu)工作。 總之，采用逆向工程技術(shù)完成玩具汽車覆蓋件的模型重建能夠提高設(shè)計(jì)精度，獲得較高的模型質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)和制造周期，使產(chǎn)品能夠快速進(jìn)入市場(chǎng)提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要的意義。參考文獻(xiàn)1 李春玲. 復(fù)雜曲面激光測(cè)量與重構(gòu)相關(guān)技術(shù)研究D.山東大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005.4.262 趙艷平. 逆向工程在摩托車覆蓋件建模中的應(yīng)用D.西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.43 謝斌. 逆向工程在汽車覆蓋件成形技術(shù)上的應(yīng)用D.合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005.54 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