轿车引擎盖逆向设计及其模具型面nc加工模拟毕业设计(编辑修改稿)

轿车引擎盖逆向设计及其模具型面nc加工模拟毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

数据的数字化外形编辑器，以及后续重建曲面的快速曲面重建模块、在点云数据上直接造型的外形雕刻，还有产品结构设计过程中普遍应用的创成式外形设计等模块。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 7 图 形状 图 所示，“分析与仿真”子菜单中包括可变形装配的公差分析、网格划分工具和对零件和装配件进行强度分析等模块。 图 分析与仿真 图 所示，“ AEC 工厂”子菜单中包含工厂布局模块。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 8 图 AEC工厂 图 所示，“数控加工”子菜单中包括两轴加工、两半轴加工、曲面加工、高级曲面、加 工检查和快速原型等模块。 图 数控加工 图 所示，“数学模型”子菜单中包含许多 DMU 模块，如数字样机漫游器、检沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 9 查数字样机尺寸和干涉的空间分析模块、运动机构仿真模块和拆装模拟等模块。 图 数学模型 图 中可以看到，“设备与系统”子菜单中有许多设备与系统模块，如电路板设计等模块。 图 所示，“加工的数字流程”子菜单中包括用于加工流程的公差与标注。 图 所示“人机工程学设计与分析”模块包括人体测量编辑器、人体行为分析、人体建模和人体姿势分析。 图 所示，“知识工程”，是 CATIA V5 的 精髓之一。 知识工程包括知识顾问、知识专家、产品工程优化器、产品知识模板、业务知识流程模板、产品功能优化和产品功能定义。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 10 图 设备与系统 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 11 图 加工的数字流程 图 人机工程学设计与分析 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 12 图 知识工程 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 13 3 CATIA 逆向工程建模基础 CATIA 曲面的逆向重构 一半而言，产品外形的 CAD 模型是由多张不同几何形状的曲面经过延伸、过渡、裁剪等处理混合而成，而每一种曲面都有其特性和生成方式。 因此，在应用逆向工程技术重构出产品的原 CAD 模型的过程中，单纯的使用某种曲面生成方法是无法完成 整个模型的重构，应根据此产品外形的几何特性，选择适当的处理方法，方可较好地得到原产品的几何形状，以满足产品外形的几何特性。 产品的逆向曲面重构的过程如下图 所示。 图 曲面重构流程 可见，在曲面重建的过程中，了解一些曲面生成的方法及数学原理，可以加快曲面重构的进程。 这里的分类是应用层面上的，不是数学或专业的分法，主要是日常工作常用的一些曲面生成方法。 曲面造型分两种方法，一是曲线构造曲面；二是由曲面派生曲面。 由曲线构造曲面的方法 （ 1） 旋转曲面：一轮廓曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成的曲面。 （ 2） 线性拉伸面：一曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的曲面。 曲面分割 选择合适的造型方法生成曲面 曲面质量评估（精度、光顺性） 曲面裁剪、生成外表面 外表面光顺性评价 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 14 （ 3） 直纹面：多条线沿某个方向（ U 或 V）构成面。 由于同时用到几条线，且生成曲面时，把相邻两曲线参数数值相同的点用直线段连接而得到曲面，所以，这些的排列距离和均匀程度对结果影响很大。 （ 4） 扫描面：截面发生曲线沿一条、二条、或三条方向控制曲线运动、变化而生成的曲面。 可根据各发生曲线与脊骨曲线的运动关系，把扫描面分为平行扫描曲面、法向扫描曲面和放射扫描曲面。 由于这种造型方法只需指定运动 对象及其运动轨迹，方法简洁、高效，因此，许多商用造型系统都有这种造型功能。 扫描法在生成复杂形状的曲面和实体的几何造型系统中具有很强的造型功能。 扫描曲面涵盖的范围很广，从简单的平面到不同截面所组合而成的曲面等，都能用扫描曲面来表示，工业产品的外形绝大多数是由一般形状简单的曲线或曲面所组成，因此，这些曲面大部分都能表示成扫描曲面。 由曲面派生曲面的方法 （ 1） 等半径倒圆曲面：一定半径的圆弧段与两原始曲面相切，并沿着它们的交线方向运动而生成的圆弧形过渡面。 （ 2） 变半径倒圆曲面：半径值按一定的规律变化的圆弧 段与两原始曲面相切，并沿它们的交线方向运动而生成的圆弧形过渡面。 （ 3） 等厚偏移曲面：与原始曲面偏移一均匀厚度值的曲面。 （ 4） 变厚度偏移曲面：在原始曲面的角点处，沿该点曲面法矢量方向偏移给定值而得到的曲面。 （ 5） 混合曲面（桥接曲面）：在两个（或多个）分离曲面的指定边界线处，生成一个以指定边界为生成曲面的边界线，与所选周围原始曲面圆滑连接的中间曲面。 （ 6） 延伸曲面：在曲面的指定边界线处，按曲面的原有趋势（或某一给定的矢量方向）进行给定条件的曲面扩展而生成的曲面。 （ 7） 修剪曲面：把原始曲面的某 一部分去掉而生成的曲面。 （ 8） 拓扑连接曲面：把具有公共边界线的两个曲面进行拓扑相加后的曲面。 对不规则的自由曲面在 CATIA 中由贝塞尔曲面（ FS 自由曲面造型模块）和 B 样条曲面（包括非均匀 B 样条曲面 NURBS 曲面， GSD 通用曲面造型模块）两种不同的定义形式。 由于贝塞尔曲面和样条曲面以四边面为基础，所以对三边面或多边面的处理沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 15 将是 CAD 软件处理的难点，如 Imageware 通常采用过渡曲面的方法，而 CATIA 可以对此类曲面的直接处理也可以得到很好的效果，也可以看出此软件的曲面造型功能的强大。 CATIA 逆向工程 建模基本流程 一般产品的建模应该满足下面产品设计的主要的要求： ①数学模型的精度误差满足用户可交付使用； ②曲面内在的质量要求，如曲面的连续性要求，光顺性要求等； ③曲面连续过渡的质量要求，如不能出现尖角等； ④过渡曲面的流动路径要求； ⑤曲面或局部协调性和对局部特征分界的合理性； ⑥工程制造标准的要求； ⑦模具拔模的工程制造符合性要求； ⑧设计、质量和验证审核的可行性； CATIA 逆向工程是工程建模的一种方法，生成的数学模型也应符合一般产品建模的基本要求，产品设计和检验流程遵循逆向工程建模的一般过程，如下 图 图 逆向建模一般流程 扫描点云 特征线 面 实体模型 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 16 CATIA 逆向工程的特点 由于 CATIA 软件强大的集成优势， CATIA 逆向各模块的相互结合，使得 CATIA 逆向工程有自己的特点。 ①点及点云数据处理的高效率。 ②可以构建 Class A 曲面。 ③可以根据需要快速构建 Class B 曲面。 ④ GSD 模块曲面功能强大，并可进行可行性分析。 ⑤多样化检测工具（曲率分析、连续分析、距离分析）。 ⑥三角网格曲面直接进行 3 轴加工。 ⑦以 DMU SPA 对数位模型进行空间干涉检测。 CATIA 用于 逆向工程的主要模块功能简介 从 CATIA 逆向工程中，用于逆向工程中的模块主要有： DSE（数字编辑器）模块；QSR（快速曲面重构）模块； GSD（通用曲面造型）模块。 DSE数字编辑器模块 （ 1） 此模块在 CATIA 逆向工程中的主要功能 导入点或点云数据。 预处理点云数据包括点云的过滤、删减、空洞修补、对齐、合并等。 点云三角面片网格化。 点云剖面生成扫描线。 误差检测。 （ 2） 此模块应用流程 点资料的整理，为曲面重构做准备。 三角网格曲面划分后可直接进行 3 轴加工或快速成型。 点云与重构的曲面做误差分析检测和控制。 三角网格曲面划分后可直接进行 DMU 空间分析检测。 QSR快速曲面重构模块 （ 1） 此模块在 CATIA 逆向工程中的主要功能 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 17 应用快速曲面重构模块及数字编辑器可以快速、轻易的重构精准曲面 （ 2） 此模块应用流程 重构可编辑的高精度曲面。 划分三角网格面片提取适用的曲面区域。 以特征边界与局部点云重建自由曲面区域。 辨别及重构基本几何曲面。 品质检测及误差分析。 GSD通用曲面造型模块 （ 1） 此模块在 CATIA 逆向工程中的主要功能 将数字编 辑器或快速曲面重建模块提取或生成的特征线或线框，在 GSD 模式下重新构面，生成高精度和高质量的曲面。 （ 2） 此模块应用流程 根据做好的特征线或线框，结合产品结构，构造曲面。 对部分细节优化。 裁剪、合并生成高品质的曲面。 误差检测。 由上可知，在设计过程中，并不是所有的点都是需要选取的，因为，在确定曲面的控制曲线时，需要找出哪些点或线是有用的，哪些点或线是细化特征的，在以后设计中要用到。 在选点时，尽量选择质量好的且能反映此部分特征的点或线，然后对其造型。 在对引擎盖进行逆向设计时，其建模方法和工艺分析是首要工作是设计顺利进行的保证。 引擎盖的建模方法 引擎盖的建模方法有两种即整体法和对称法。 （ 1） 整体法就是对引擎盖的整个点云进行处理，然后在对这些点云进行坏点剔除、匀化、横截面，勾勒出零件原型的特征轮廓线，再通过这些轮廓线构建曲面，最后进沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 18 行结构及机构设计，完成设计。 其优点是不需要后期进行分割等操作，整体成型，曲面间的结合少，生成实体零件时较容易，但其缺点是工作量大，产品的对称性不能满足要求。 （ 2） 对 称法就是对零件的一半点云进行处理，其方法和整体大致相同，不同点就是要找到一个合理的对称面，采用对称的方法构建整个曲面。 其优点是工作量小，得到的零件对称性好，其缺点是对称面不容易找到，对称后的零件精度差。 （ 3） 综合两种方法的有缺点，通过自己的尝试，最终我选择了对称的方法。 引擎盖的工艺分析 （ 1）汽车的覆盖件是 A 级曲面，所以引擎盖不仅要满足机构上的需要还要满足美观的需要，表面质量要求较高。 为了防止多次拉伸可能带来的表面质量破坏和下降，本覆盖件采用一次拉深。 （ 2）材料的选择 目前车身一般采用低碳钢，一般用 厚度 ～ 的冷扎钢板 ,含碳量相当于 8～ 10 号钢，抗拉强度 270MPa,这类钢板即车身常用的普通钢板。 关于汽车外板，热镀锌板应用越来越广泛，热镀锌产品成本上的优势，比电镀锌产品便宜10％～ 20％， 质量上表面质量可与冷轧板和电镀锌板相媲美，力学性能可以与冷轧钢板媲美。 关于镀锌层的厚度，现在似乎没有统一的标准，一般在 812um，这是根据欧洲的 12329 标准标注的，要求锌层厚度是 8 微米，镀锌的目的是保护下层的金属不受腐蚀 ,太薄的话针孔会更大和更多 ,太厚的话可能会影响到结构尺寸 ,最好是8~~12um,当然绝对要大于 8um。 沈阳航空航天大学毕业设计（论文） 19 4 汽车 发动机盖板逆向数字建模过程 进入 CATIA 用户界面如下图 所示： 图 读入点云数据：可读入不同类型的点云数据，此次建模的数据类型为一个由计算机扫描仪产生的 ASC 点云数据。 第 1 步：进入 CATIA 中的 DSE 数字编辑器模块。 第 2 步：。