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1、沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 摘 要 本文主要介紹了基于CATIA軟件將汽車發(fā)動機蓋板數(shù)據點云通過逆向工程技術設計成零件實體的過程，以及其數(shù)控模擬加工。在設計過程中涉及到點云整理、數(shù)字編輯、自由曲面造型、快速曲面造型等技術。在建模過程中，遇到橋接出現(xiàn)錯誤、拼接無法完成等問題，都得到了較好的解決。 在具體逆向設計中，為了建好曲面模型，運用了不同的方案，經過多次的失敗和改正后，最終獲得了較好的曲面模型。 關鍵詞：逆向工程；引擎蓋；CATIA；曲面造型； Abstract The article is about basing on CATIA software to desig

2、n the part entity with point cloud of automobile engine hood data by reverse engineering and its numerical control simulation processing. Technologies such as cloud arranging, the digitized shape editor, the free curved surface model and quick surface reconstruction are being used in the process of

3、designing. In the process of building model, the problem of blend-surface error and join surface has been resolved ，which has been resolved on higher level. In the specific reverse design, I used different plans in order to build good surface model and got good surface model in the end ,after fac

4、ing many times of failure and correcting them. Key words ： Reverse Engineering；hood; CATIA; Surface Modeling; 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得

5、 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢?/p>

6、公布論文的部分或全部內容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門

7、或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 逆向工程概述 1 1.1 逆向工程定義及其應用 1 1.2 逆向工程系統(tǒng) 2 1.2.1 產品實物幾何外形的數(shù)字化系統(tǒng) 2 2 CATIA V5介紹 4 2.1 CATI

8、A 在制造業(yè)的應用 4 2.2 CATIA V5概貌 4 3 CATIA逆向工程建?；A 13 3.1 CATIA曲面的逆向重構 13 3.1.1由曲線構造曲面的方法 13 3.1.2 由曲面派生曲面的方法 14 3.2 CATIA逆向工程建?；玖鞒?15 3.3 CATIA逆向工程的特點 16 3.4 CATIA用于逆向工程的主要模塊功能簡介 16 3.4.1 DSE數(shù)字編輯器模塊 16 3.4.2 QSR快速曲面重構模塊 16 3.4.3 GSD通用曲面造型模塊 17 4 汽車發(fā)動機蓋板逆向數(shù)字建模過程 19 4.1發(fā)動機蓋板點云的處理 19 4.2（方法一）

9、發(fā)動機蓋板外形曲面的制作 24 4.3（方法一）發(fā)動機蓋板孔的制作 34 4.4 （方法一）對稱曲面 39 4.5（方法一）實體的生成 41 4.6 (方法二）點云的再處理 42 4.7（方法二）利用強力匹配生成右半面 43 4.8兩種方法比較 44 5 汽車引擎蓋模具型面數(shù)控加工仿真 45 5.1創(chuàng)建毛坯零件 45 5.2創(chuàng)建加工坐標原點 46 5.3設置零件操作定義 47 5.4設置粗銑加工參數(shù) 49 5.5換刀設置 52 5.6設置精銑加工參數(shù) 53 5.7刀路仿真 56 5.8后處理 59 5.8.1激活功能選項 59 5.8.2生成NC數(shù)據 59

10、結束語 63 致謝 65 參考文獻 66 附錄 數(shù)控加工NC代碼 67 68 1 逆向工程概述 1.1 逆向工程定義及其應用 逆向工程（Reverse Engineering,RE），也稱反求工程或反向工程等，它起源于精密測量和質量檢驗。廣義的逆向工程是消化和吸收先進技術的一系列工作方法的技術組合，它包括影像逆向、軟件逆向和實物逆向等三個方面。目前，大多數(shù)關于逆向工程的研究主要集中在實物的逆向重構上，即產品實物的CAD模型重構和最終產品的制造，被稱為“實物逆向工程”。這種從實物樣件獲取產品數(shù)學模型并制造得到新產品的相關技術，已成為CAD/CAM系統(tǒng)中的一個研究及應用

11、熱點，并發(fā)展成為一個相對獨立的領域。在這意義下，“實物逆向工程”（簡稱逆向工程）可定義為：將實物轉變?yōu)镃AD模型相關的數(shù)字化技術、幾何模型重建技術和產品制造技術的總稱，是將已有產品或實物模型轉化為工程設計模型和概念模型，在此基礎上對已有產品進行解剖、深化和再創(chuàng)造的過程。 一般來說，產品逆向工程包括形狀反求、工藝反求和材料反求等幾個方面，在工業(yè)領域的實際應用中，主要包括以下幾個內容：  （1）新零件的設計，主要用于產品的改型或彷型設計。 （2）已有零件的復制，再現(xiàn)原產品的設計意圖。 （3）損壞或磨損零件的還原。 （4）數(shù)字化模型的檢測，例如檢驗產品的變形分析、焊接質量等，以及進行

12、模型的比較。 由下圖1.1可了解逆向工程的整個產品的開發(fā)過程。 圖1.1 產品開發(fā)流程 1.2 逆向工程系統(tǒng) 隨著計算機技術的發(fā)展，逆向工程技術和先進制造技術的結合日趨緊密，如20世紀80年代初發(fā)展起來的快速原形技術、基于網絡的異地設計及制造技術等，在產品設計和制造階段都需要逆向工程技術的支持。同時，逆向工程技術也和計算機輔助測量（CAT）、輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）以及計算機輔助工程分析（CAE）密切相關。逆向工程成功應用的關鍵不僅在于各計算機輔助子模塊能較好地獨立完成各項工作，很大程度上還取決于各個子模塊的計算機集成程度?？梢哉f，逆向工程是CAT/CAD/CAM/C

13、AE等先進的計算機輔助技術集成應用的一個典型例子。如何將這些技術組成一個整體，即集成逆向工程系統(tǒng)，是逆向工程技術應用研究的一個重要方向。 逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成：產品實物幾何外形的數(shù)字化子系統(tǒng)、三維CAD模型重建子系統(tǒng)、產品或模具的制造子系統(tǒng)等。 1.2.1 產品實物幾何外形的數(shù)字化系統(tǒng) 產品表面數(shù)字化又稱數(shù)據測量，是指通過特定的測量設備和測量方法，將物體的表面形狀轉換成離散的幾何點坐標數(shù)據，在此基礎上，就可以進行復雜曲面的建模、評價、改進和制造。因而，高效、高精度地實現(xiàn)樣件表面的數(shù)據采集，是逆向工程實現(xiàn)的基礎和關鍵技術之一，是逆向工程中最基本，最不可缺少的步驟。數(shù)據獲取在產品設計

14、師與逆向工程及CAD/CAM/CAE/RP/CNC之間扮演著橋梁的角色?？梢赃@么認為，數(shù)據測量是逆向工程的基礎，測量數(shù)據的質量與最終模型的質量密切相關，直接影響到整個工程的效率和質量。實際應用中，常發(fā)生因模型表面數(shù)據獲取的問題而影響重構模型精度的情況。因此，如何取得較佳的物體表面數(shù)據，一直是逆向工程的一個主要研究內容。 目前，用來采集物體表面數(shù)據的測量設備和方法多種多樣，其原理也各不相同。測量方法的選用是逆向工程中一個非常重要的問題。不同的測量方式，不但決定了本身的精度、速度和經濟性，還使得測量數(shù)據類型及后續(xù)處理方式不盡相同。根據測量探頭是否和零件表面接觸，逆向工程中物體表面三維數(shù)據的獲取方

15、法基本上可分為兩大類，即接觸式與非接觸式。根據測頭的不同，接觸式又可分為觸發(fā)式和連續(xù)式；非接觸式按其原理不同，又可分為光學式和非光學式。其中，光學式包括三角形法、結構光法、計算機視覺法、激光干涉法、激光衍射法等；而非光學式包括CT測量法、MRI測量法、超聲波法和層析法等。 測量方式對比與設備選型 接觸式測量有以下優(yōu)點。 ①因接觸式探頭發(fā)展已有幾十年，其機械結構及電子系統(tǒng)已相當成熟，故有較高的準確性和可靠性。 ②接觸式測量的探頭直接接觸工件表面，故對工件表面的反射特性、顏色及曲率關系要求不高。 ③被測物體固定在三坐標測量機上，并配合測量軟件，可快速地測量出物體的基本幾何形狀，如面、圓、

16、圓柱、圓錐、圓球等。 與接觸式測量相比，非接觸式測量主要有以下優(yōu)點。 ①不必做探頭半徑補償，因為激光光點位置就是工作表面的位置。 ②測量速度非?？?，不必像接觸式觸發(fā)探頭那樣逐點進行測量。 ③軟工件、薄工件、不可接觸的高精密工件可直接測量。 對于逆向測量而言，數(shù)據采集的方式應滿足下面這些要求。 ①采集精度應滿足工程的實際需要，如汽車工業(yè)，其最終的整體符合精度不能低于0.1。 ②采集速度要快，盡量減少測量在整個逆向工程中所占有的時間。 ③數(shù)據采集要完整，不能有缺漏，以免給后期的曲面重構帶來障礙。 ④數(shù)據采集過程中不能破壞原形。 ⑤降低測量成本。 根據上面這些要求，可以根據逆

17、向工程中測量的實際情況，選擇不同的測量方式，或同時利用不同的測量方式進行互補，以得到一個精度高、信息全面的測量數(shù)據。 在接觸式測量方法中，三坐標測量機（CMM）是應用最為廣泛的一種測量設備，再結合實際情況，利用三坐標測量機進行測量。 2 CATIA V5介紹 2.1 CATIA 在制造業(yè)的應用 CATIA 的全稱為Computer-Aided Three-dimension Interactive Application，是集成CAD、CAM、CAE的大型軟件，由法國達索系統(tǒng)公司開發(fā)，是全球制造業(yè)的主流設計軟件。 CATIA 廣泛應用于制造業(yè)的各個領域，從航空

18、、汽車、造船、通用機械到電子電器、生活用品。許多世界知名的公司如波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳、本田、豐田等都使用CATIA作為主要的設計軟件。 隨著中國制造業(yè)的發(fā)展，特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，隨著越來越多的國際把生產和開發(fā)工作引入中國，CATIA也在不斷地普及和深入。 2.2 CATIA V5概貌 CATIA V5涵蓋了機械設計、外形設計、分析與仿真、工廠設計、數(shù)控加工、數(shù)字化樣機、數(shù)字樣機、設備與系統(tǒng)、人體工程和知識工程等豐富的內容。圖2.1所示為包含了所有CATIA V5模塊的菜單。每個使用CATIA V5的企業(yè)都只是用其中的一部分模塊，但是，了解一下CATIA V5所包含的模塊還是很有

19、用的。 “基礎模塊”包含了如圖2.2所示的模塊，裝配件的產品結構、材料庫、與CATIIA早期版本接口、標準件庫編輯器和能夠實現(xiàn)逼真、美麗的渲染效果的照片工作室和室時渲染，還有虛擬現(xiàn)實、特征字典編輯器等模塊。 圖2.1 CATIA V5模塊 圖2.2 基礎結構 在圖2.3中可以看到CATIA V5用于機械設計的模塊：除了實體造型的零件、裝配件設計、二維制圖和二維草圖基礎模塊外，還有焊接模塊、鈑金設計等模塊。 圖2.3 機械設計 圖2.4所示，“形狀”子菜單中包含了CATIA曲面造型的模塊，包括能夠創(chuàng)建A級曲面的自由曲面造型、汽車Class A、汽車車身緊固件設計、在二維圖

20、片上描畫曲線的早圖跟蹤器、處理從三坐標測量儀生成的點云數(shù)據的數(shù)字化外形編輯器，以及后續(xù)重建曲面的快速曲面重建模塊、在點云數(shù)據上直接造型的外形雕刻，還有產品結構設計過程中普遍應用的創(chuàng)成式外形設計等模塊。 圖2.4 形狀 圖2.5所示，“分析與仿真”子菜單中包括可變形裝配的公差分析、網格劃分工具和對零件和裝配件進行強度分析等模塊。 圖2.5 分析與仿真 圖2.6所示，“AEC工廠”子菜單中包含工廠布局模塊。 圖2.6 AEC工廠 圖2.7所示，“數(shù)控加工”子菜單中包括兩軸加工、兩半軸加工、曲面加工、高級曲面、加工檢查和快速原型等模塊。 圖2.7 數(shù)控加工 圖2.8所

21、示，“數(shù)學模型”子菜單中包含許多DMU模塊，如數(shù)字樣機漫游器、檢查數(shù)字樣機尺寸和干涉的空間分析模塊、運動機構仿真模塊和拆裝模擬等模塊。 圖2.8 數(shù)學模型 圖2.9中可以看到，“設備與系統(tǒng)”子菜單中有許多設備與系統(tǒng)模塊，如電路板設計等模塊。 圖2.10所示，“加工的數(shù)字流程”子菜單中包括用于加工流程的公差與標注。 圖2.11所示“人機工程學設計與分析”模塊包括人體測量編輯器、人體行為分析、人體建模和人體姿勢分析。 圖2.12所示，“知識工程”，是CATIA V5的精髓之一。知識工程包括知識顧問、知識專家、產品工程優(yōu)化器、產品知識模板、業(yè)務知識流程模板、產品功能優(yōu)化和產品功能定義。

22、 圖2.9 設備與系統(tǒng) 圖2.10 加工的數(shù)字流程 圖2.11 人機工程學設計與分析 圖2.12 知識工程 3 CATIA逆向工程建模基礎 3.1 CATIA曲面的逆向重構 一半而言，產品外形的CAD模型是由多張不同幾何形狀的曲面經過延伸、過渡、裁剪等處理混合而成，而每一種曲面都有其特性和生成方式。因此，在應用逆向工程技術重構出產品的原CAD模型的過程中，單純的使用某種曲面生成方法是無法完成整個模型的重構，應根據此產品外形的幾何特性，選擇適當?shù)奶幚矸椒?，方可較好地得到原產品的幾何

23、形狀，以滿足產品外形的幾何特性。產品的逆向曲面重構的過程如下圖3.1所示。 曲面分割 選擇合適的造型方法生成曲面 曲面質量評估（精度、光順性） 曲面裁剪、生成外表面 外表面光順性評價 圖3.1 曲面重構流程 可見，在曲面重建的過程中，了解一些曲面生成的方法及數(shù)學原理，可以加快曲面重構的進程。這里的分類是應用層面上的，不是數(shù)學或專業(yè)的分法，主要是日常工作常用的一些曲面生成方法。 曲面造型分兩種方法，一是曲線構造曲面；二是由曲面派生曲面。 3.1.1由曲線構造曲面的方法 （1） 旋轉曲面：一輪廓曲線繞某一軸線旋轉某一角度而生成的曲面。 （2） 線性拉伸面：一曲線沿某

24、一矢量方向拉伸一段距離而得到的曲面。 （3）直紋面：多條線沿某個方向（U或V）構成面。由于同時用到幾條線，且生成曲面時，把相鄰兩曲線參數(shù)數(shù)值相同的點用直線段連接而得到曲面，所以，這些的排列距離和均勻程度對結果影響很大。 （4）掃描面：截面發(fā)生曲線沿一條、二條、或三條方向控制曲線運動、變化而生成的曲面。可根據各發(fā)生曲線與脊骨曲線的運動關系，把掃描面分為平行掃描曲面、法向掃描曲面和放射掃描曲面。由于這種造型方法只需指定運動對象及其運動軌跡，方法簡潔、高效，因此，許多商用造型系統(tǒng)都有這種造型功能。掃描法在生成復雜形狀的曲面和實體的幾何造型系統(tǒng)中具有很強的造型功能。掃描曲面涵蓋的范圍很廣，從簡單的

25、平面到不同截面所組合而成的曲面等，都能用掃描曲面來表示，工業(yè)產品的外形絕大多數(shù)是由一般形狀簡單的曲線或曲面所組成，因此，這些曲面大部分都能表示成掃描曲面。 3.1.2 由曲面派生曲面的方法 （1） 等半徑倒圓曲面：一定半徑的圓弧段與兩原始曲面相切，并沿著它們的交線方向運動而生成的圓弧形過渡面。 （2） 變半徑倒圓曲面：半徑值按一定的規(guī)律變化的圓弧段與兩原始曲面相切，并沿它們的交線方向運動而生成的圓弧形過渡面。 （3） 等厚偏移曲面：與原始曲面偏移一均勻厚度值的曲面。 （4） 變厚度偏移曲面：在原始曲面的角點處，沿該點曲面法矢量方向偏移給定值而得到的曲面。 （5） 混合曲面（橋接曲

26、面）：在兩個（或多個）分離曲面的指定邊界線處，生成一個以指定邊界為生成曲面的邊界線，與所選周圍原始曲面圓滑連接的中間曲面。 （6） 延伸曲面：在曲面的指定邊界線處，按曲面的原有趨勢（或某一給定的矢量方向）進行給定條件的曲面擴展而生成的曲面。 （7） 修剪曲面：把原始曲面的某一部分去掉而生成的曲面。 （8） 拓撲連接曲面：把具有公共邊界線的兩個曲面進行拓撲相加后的曲面。 對不規(guī)則的自由曲面在CATIA中由貝塞爾曲面（FS自由曲面造型模塊）和B樣條曲面（包括非均勻B樣條曲面NURBS曲面，GSD通用曲面造型模塊）兩種不同的定義形式。由于貝塞爾曲面和樣條曲面以四邊面為基礎，所以對三邊面或多邊

27、面的處理將是CAD軟件處理的難點，如Imageware通常采用過渡曲面的方法，而CATIA可以對此類曲面的直接處理也可以得到很好的效果，也可以看出此軟件的曲面造型功能的強大。 3.2 CATIA逆向工程建?；玖鞒? 一般產品的建模應該滿足下面產品設計的主要的要求： ①數(shù)學模型的精度誤差滿足用戶可交付使用； ②曲面內在的質量要求，如曲面的連續(xù)性要求，光順性要求等； ③曲面連續(xù)過渡的質量要求，如不能出現(xiàn)尖角等； ④過渡曲面的流動路徑要求； ⑤曲面或局部協(xié)調性和對局部特征分界的合理性； ⑥工程制造標準的要求； ⑦模具拔模的工程制造符合性要求； ⑧設計、質量和驗證審核的可行性；

28、CATIA逆向工程是工程建模的一種方法，生成的數(shù)學模型也應符合一般產品建模的基本要求，產品設計和檢驗流程遵循逆向工程建模的一般過程，如下圖掃描點云 特征線 面 實體模型 圖3.2 逆向建模一般流程 3.3 CATIA逆向工程的特點 由于CATIA軟件強大的集成優(yōu)勢，CATIA逆向各模塊的相互結合，使得CATIA逆向工程有自己的特點。 ①點及點云數(shù)據處理的高效率。 ②可以構建Class A曲面。 ③可以根據需要快速構建Class B曲面。 ④GSD模塊曲面功能強大，并可進行可行性分析。 ⑤多樣化檢測工具（曲率分析、連續(xù)分析、距離分析）。 ⑥三角網格曲面直接進行3軸加

29、工。 ⑦以DMU SPA對數(shù)位模型進行空間干涉檢測。 3.4 CATIA用于逆向工程的主要模塊功能簡介 從CATIA逆向工程中，用于逆向工程中的模塊主要有：DSE（數(shù)字編輯器）模塊；QSR（快速曲面重構）模塊；GSD（通用曲面造型）模塊。 3.4.1 DSE數(shù)字編輯器模塊 （1）此模塊在CATIA逆向工程中的主要功能 導入點或點云數(shù)據。 預處理點云數(shù)據包括點云的過濾、刪減、空洞修補、對齊、合并等。 點云三角面片網格化。 點云剖面生成掃描線。 誤差檢測。 （2） 此模塊應用流程 點資料的整理，為曲面重構做準備。 三角網格曲面劃分后可直接進行3軸加工或快

30、速成型。 點云與重構的曲面做誤差分析檢測和控制。 三角網格曲面劃分后可直接進行DMU空間分析檢測。 3.4.2 QSR快速曲面重構模塊 （1） 此模塊在CATIA逆向工程中的主要功能 應用快速曲面重構模塊及數(shù)字編輯器可以快速、輕易的重構精準曲面 （2） 此模塊應用流程 重構可編輯的高精度曲面。 劃分三角網格面片提取適用的曲面區(qū)域。 以特征邊界與局部點云重建自由曲面區(qū)域。 辨別及重構基本幾何曲面。 品質檢測及誤差分析。 3.4.3 GSD通用曲面造型模塊 （1） 此模塊在CATIA逆向工程中的主要功能 將數(shù)字編輯器或快速曲面重建模塊提取或生成的特

31、征線或線框，在GSD模式下重新構面，生成高精度和高質量的曲面。 （2） 此模塊應用流程 根據做好的特征線或線框，結合產品結構，構造曲面。 對部分細節(jié)優(yōu)化。 裁剪、合并生成高品質的曲面。 誤差檢測。 由上可知，在設計過程中，并不是所有的點都是需要選取的，因為，在確定曲面的控制曲線時，需要找出哪些點或線是有用的，哪些點或線是細化特征的，在以后設計中要用到。在選點時，盡量選擇質量好的且能反映此部分特征的點或線，然后對其造型。 3.5引擎蓋的建模方法及工藝分析 在對引擎蓋進行逆向設計時，其建模方法和工藝分析是首要工作是設計順利進行的保證。 3.5.1引擎蓋的

32、建模方法 引擎蓋的建模方法有兩種即整體法和對稱法。 （1） 整體法就是對引擎蓋的整個點云進行處理，然后在對這些點云進行壞點剔除、勻化、橫截面，勾勒出零件原型的特征輪廓線，再通過這些輪廓線構建曲面，最后進行結構及機構設計，完成設計。其優(yōu)點是不需要后期進行分割等操作，整體成型，曲面間的結合少，生成實體零件時較容易，但其缺點是工作量大，產品的對稱性不能滿足要求。 （2） 對稱法就是對零件的一半點云進行處理，其方法和整體大致相同，不同點就是要找到一個合理的對稱面，采用對稱的方法構建整個曲面。其優(yōu)點是工作量小，得到的零件對稱性好，其缺點是對稱面不容易找到，對稱后的零件精度差。 （3）

33、綜合兩種方法的有缺點，通過自己的嘗試，最終我選擇了對稱的方法。 3.5.2引擎蓋的工藝分析 （1）汽車的覆蓋件是A級曲面，所以引擎蓋不僅要滿足機構上的需要還要滿足美觀的需要，表面質量要求較高。為了防止多次拉伸可能帶來的表面質量破壞和下降，本覆蓋件采用一次拉深。 （2）材料的選擇目前車身一般采用低碳鋼，一般用厚度0.7～1.2mm的冷扎鋼板,含碳量相當于8～10號鋼，抗拉強度270MPa,這類鋼板即車身常用的普通鋼板。關于汽車外板，熱鍍鋅板應用越來越廣泛，熱鍍鋅產品成本上的優(yōu)勢，比電鍍鋅產品便宜10％～20％， 質量上表面質量可與冷軋板和電鍍鋅板相媲美，力學性能可以與冷軋鋼板媲美。關于鍍鋅

34、層的厚度，現(xiàn)在似乎沒有統(tǒng)一的標準，一般在8-12um，這是根據歐洲的12329標準標注的，要求鋅層厚度是8微米，鍍鋅的目的是保護下層的金屬不受腐蝕,太薄的話針孔會更大和更多,太厚的話可能會影響到結構尺寸,最好是8~~12um,當然絕對要大于8um。 4 汽車發(fā)動機蓋板逆向數(shù)字建模過程 4.1發(fā)動機蓋板點云的處理 進入CATIA用戶界面如下圖4.1所示： 圖4.1CATIA用戶界面 讀入點云數(shù)據：可讀入不同類型的點云數(shù)據，此次建模的數(shù)據類型為一個由計算機掃描儀產生的ASC點云數(shù)據。 第1步：進入CATIA中的DSE數(shù)字編輯器模塊。 第2步：點擊，進入Clould I

35、mport界面，點擊Selected File,選擇名稱“hood_outer.asc”的文件。如圖4.2所示。 圖4.2點云導入對話框 此時，汽車引擎蓋點云數(shù)據就顯示在CATIA界面中，如圖4.3所示。 圖4.3點云外形 第3步：用鼠標中鍵+鼠標右鍵在視圖中旋轉此點云數(shù)據模型，以便仔細觀察。為以后分析做準備。 第4步：觀察點云數(shù)據模型，大致推出對稱結構，這樣可以用點云質量較好部分推出全貌。 第5步：點云的稀釋 單擊按鈕并選擇點云，進行稀釋，為了使復雜的結構質量更好我們選用適應性，按照圖4.4進行設置，其結果如

36、圖4.5。 圖4.4點云稀釋對話框 圖4.5稀釋后的點云 第6步： 三角網格化點云 單擊按鈕并選擇點云，進行三角網格化，在對話框選項設置如圖4.6所示，點擊【OK】按鈕生成圖如下圖4.7網格面。然后對網格面進行補洞與interactive triangle creation處理，如圖4.8所示。 圖4.6創(chuàng)建網格面對話框 圖4.7生成網格面 圖4.8處理后網格面 以下用兩種方法分別來做曲面 4.2（方法一）發(fā)動機蓋板外形曲面的制作 第1步：單擊按鈕進入逆向曲面重建模塊，單擊進行標準斜率分割，如圖4.9 。 圖4.

37、9曲率分割后的平面 第2步：由于點云關于xz平面對稱，所以把點云分割開來 圖4.10分割后對話框 第3步：根據斜率分割得到的參考線創(chuàng)建特曲面征曲線, 單擊按鈕，沿著斜率分割后得到的參考線描線，出現(xiàn)如下圖4.11所示。 圖4.11 3D曲線對話框 曲面的所有特征曲線完成后如圖4.12 圖4.12曲面特征曲線 3步：創(chuàng)建曲面 ( 1 ) 進入逆向曲面重建模塊單擊按鈕，按照如下圖4.13所示對話框選擇邊界和穿越點。 圖4.13 激活點云 圖4.14 power fit對話框 ( 2 ) 選擇完所創(chuàng)建的

38、屋面特征線，單擊按鈕預覽，確定無誤后點擊按鈕完成，結果如下圖4.15所示的曲面。 圖4.15 power fit 曲面結果 （3）按照上述方法對引擎蓋其他曲面進行構建其結果入下圖 4.16。 圖4.16填充曲面結果 （4）單擊按鈕使用橋接命令連接上述兩塊曲，其結果如下圖4.17。 圖4.17橋接曲面的結果 第4步：連接曲面 （1）單擊按鈕，按照如下圖4.18所示對話框設置選項。 圖4.18曲面拼合話框 （2）確定無誤后點擊【確定】按鈕完成，結果如下圖4.19所示的曲面。 圖4.19曲面拼合的結果 (3) 進入自由曲面進行距離分析，按照圖4.20進行

39、設置 圖4.20離分析對話框 其結果如下圖4.21所示 圖4.21距離分析結果 4.3（方法一）發(fā)動機蓋板孔的制作 4.3.1 繪制草圖 （1）進入創(chuàng)層式外形設計模塊，顯示點云，單擊按鈕，并選擇XY平面進入草圖，如下圖4.22。 圖4.22草圖界面 （2）單擊按鈕，按照引擎蓋初始點云的形狀描繪出引擎蓋上孔的形狀，其結果如圖4.23。 圖4.23草圖結果 4.3.2 發(fā)動機蓋板空的制作 （1） 進入逆向曲面重建模塊，單擊按鈕，選擇草圖為輪廓，限制1選擇直到元素，如下圖4.24所示 圖4.24拉伸曲面對話框 確認無誤后點擊按鈕，其結果如下圖4.25。 圖4.

40、25拉伸結果 （2） 單擊按鈕，出現(xiàn)下圖4.26對話框選取修剪元素。 圖4.26修剪定義對話框 確認無誤后點擊按鈕，其修剪后的結果如下圖4.27。 圖4.27修剪結果 4.4 （方法一）對稱曲面 （1）單擊按鈕，按照如下圖4.28所示對話框設置選項。 圖4.28對稱定義對話框 （2）確定無誤后點擊按鈕完成，結果如下圖4.29所示的曲面 圖4.29對稱曲面 （3） 單擊按鈕，按照下圖4.30選擇要接合的元素。 圖4.30結合對話框 確認無誤后點擊按鈕，其結果如下圖4.31。 圖4.31曲面結合結果 4.5（方法一）實體的生成 （

41、1）單擊進入零件設計模塊，單擊按鈕，按照圖4.32進行參數(shù)設定。 圖4.32草圖結果 第一偏移和第二偏移均選0.6mm，要偏移的對象選擇確認無誤后點擊按鈕，其結果如下圖4.33。 圖4.33 實體效果圖 4.6 (方法二）點云的再處理 對起凸包的點云刪除，然后再補洞。如圖4.34 、圖4.35。 圖4.34 刪除起凸包的點云 圖4.35 對網格補洞 4.7（方法二）利用強力匹配生成右半面

42、 具體點云分割方法與方法一一致，點擊power fit按鈕，再單擊網格，生成曲面如圖4.36所示。 圖4.36 強力匹配生成的曲面 后續(xù)曲面處理同方法一。 4.8兩種方法比較 綜合比較兩種方法，顯然方法二比較簡單易于操作，而且舉例分析誤差較小，所以可以采用方法二。 5 汽車引擎蓋模具型面數(shù)控加工仿真 由于防火墻裝配板型面結構復雜，常采取壓鍛，焊接和鏜孔三種工藝相結合。故從工藝和結構特征上分析，將板件整體劃分為幾塊，然后分別對其進行模具型面的數(shù)控加工。之后再將應用模具沖壓鍛造而成的板塊，通過

43、焊接工藝接合成完整的板件。另外，板面上的通孔可用鏜孔工藝制造。 在CATIA V5軟件中，可通過加工子菜單中，曲面加工模塊，對防火墻裝配板各塊板件的沖壓模具進行型面數(shù)控加工仿真。 本次對曲面模擬加工其底模型面。模具型面對光整度有要求，采用數(shù)控銑加工，先用粗銑快速去除較大余量，并銑出型面大致輪廓，再用精銑細致加工底模型面，使之有較高的尺寸精度。同法處理頂模，用以壓鍛出符合要求的板塊。另外，其上通孔可用鏜孔加工。具體操作流程如下述。 5.1創(chuàng)建毛坯零件 點擊開始按鈕，找到加工模塊，進入曲面加工的子模塊中。單擊建立生料按鈕，如圖5.1.1所示。 圖5.1.1 創(chuàng)建生料 在

44、圖形區(qū)選擇目標零件作為參照，系統(tǒng)自動創(chuàng)建一個毛坯零件，且在“Rough Stock Creation”對話框中顯示毛坯零件的尺寸參數(shù)，在“Rough Stock Creation”對話框中修改毛坯零件的尺寸，完成后毛坯零件，如圖5.1.2所示。 圖5.1.2 毛坯零件 5.2創(chuàng)建加工坐標原點 ⑴雙擊所創(chuàng)建的毛坯零件，系統(tǒng)進入“創(chuàng)成式外觀造型設計”工作臺，點擊按鈕，在系統(tǒng)彈出的“直線定義”對話框如圖5.2.1所示。 圖5.2.1 “直線定義”對話框 在“直線定義”對話框中選擇方式創(chuàng)建直線，然后在選擇生料頂面兩邊的中點生成頂

45、面的中線，再點擊，在直線上創(chuàng)建中點，如圖5.2.2。 圖5.2.2建中點 5.3設置零件操作定義 在模型樹中雙擊，彈出來的零件加工動作對話框 ，如下圖5.3.1所示。 圖5.3.1 加工設定對話框 ⑴單擊，在彈出的“數(shù)控機床”對話框中單擊“3軸數(shù)控機床”按鈕，在單擊“確定”按鈕。 ⑵在返回的Part Operation對話框中單擊“加工坐標系”按鈕，系統(tǒng)彈出對話框如圖5.3.2所示，在對話框的坐標敏感區(qū)中單擊加工坐標原點，再在工作窗口中，選取創(chuàng)建的加工坐

46、標原點，返回對話框中單擊“確定”按鈕，完成加工坐標設定。 圖5.3.2 加工坐標原點對話框 ⑶在返回的Part Operation對話框中單擊按鈕，在工作窗口中的模型樹中雙擊目標加工零件，系統(tǒng)返回Part Operation對話框，完成目標加工零件設定。 ⑷在返回的Part Operation對話框中單擊按鈕，在工作窗口中的模型樹中雙擊毛坯零件，系統(tǒng)返回Part Operation對話框，完成加工毛坯零件設定。 ⑸在返回的Part Operation對話框中單擊按鈕，在工作窗口中選取毛坯零件頂面，在顯示Safety plane字樣后單擊鼠標右鍵，在彈出來的快捷菜單中執(zhí)行Offset

47、命令，在彈出的Edit Parameter對話框中輸入20mm，如圖5.3.3所示，確定安全平面向毛坯零件頂面偏移，再單擊“確定”按鈕，返回Part Operation對話框，單擊“確定”按鈕，完成零件加工參數(shù)設置。 圖5.3.3 參數(shù)設定 5.4設置粗銑加工參數(shù) ⑴在特征樹中選擇節(jié)點，然后選擇下拉菜單中的“Machining Operations”功能中的Roughing命令，插入一個等高線加工步驟，系統(tǒng)彈出如圖5.4.1所示的“Roughing.1”對話框。 圖5.4.1“粗銑”對話框 ⑵定義加工區(qū)域。 單擊選項卡，然后單擊“粗銑”對話框中的目標零件感應區(qū)，在圖形區(qū)選擇

48、整個目標加工零件作為加工對象，系統(tǒng)會自動計算出一個加工區(qū)域，雙擊鼠標左鍵，系統(tǒng)返回到“粗銑”對話框。同理，選擇Rough stock.1充當生料。 ⑶定義刀具參數(shù)。 進入刀具參數(shù)選項卡，在“粗銑”對話框中單擊選項卡，然后點擊按鈕，選擇立銑刀為加工刀具。 設置刀具參數(shù)如下： 在“粗銑”對話框中選空復選框。 在“粗銑”對話框中單擊按鈕，單擊選項卡，然后設置如圖5.4.2所示刀具參數(shù)。 圖5.4.2粗銑刀具參數(shù) 其他選項卡中的參數(shù)均采用默認的設置。 ⑷定義進給率。 在“粗銑”對話框中單擊選項卡，在“粗銑”對話框的選項卡中設置如圖5.4.3所示的參數(shù)。 圖5.4.3

49、粗銑進給率參數(shù) ⑸定義刀具路經參數(shù)。在“粗銑”對話框中單擊選項卡如圖5.4.4所示。 圖5.4.4粗銑刀具路經參數(shù)選項卡 ①單擊選項卡，在下拉列表中選擇和選項。在下拉表中選擇 HSM渦旋 選項。 ②選中復選框，在其下拉表中選擇 螺旋的 選項。其他選項采用系統(tǒng)默認設置。 ③定義徑向進給量。單擊選項卡，然后在 下拉表中選擇 階度長度 選項，在文本框哄輸入3mm。 ④定義軸向進給量。單擊選項卡，然后在 文本框中輸入5mm。 ⑤其他選項卡采用系統(tǒng)默認的設置。 ⑹定義進刀/退刀路徑。 在“粗銑”對話框中單擊選項卡。 ①在區(qū)域中的列表框中選擇選項， 均采用系統(tǒng)默認的設置。

50、 ②在區(qū)域中的列表框中選擇選項，然后單擊按鈕。 ③在區(qū)域中的列表框中選擇選項，然后單擊按鈕。 (7)生成刀具路線。 在“粗銑”對話框中單擊選項卡，預覽刀具路線，如圖5.4.5。 圖5.4.5 粗銑刀具路線 5.5換刀設置 點擊鉆頭更換，選擇立式銑刀，再單擊，插入換刀指令，并設置精銑刀具參數(shù)，其余值默認，如圖5.5.1。 圖5.5.1 換刀 5.6設置精銑加工參數(shù) ⑴在特征樹中選擇節(jié)點，然后選擇下拉菜單中的“Machining Operations”功能中的Sweeping命令，在換刀.2后插入一個等高線

51、加工步驟，系統(tǒng)彈出如圖5.6.1所示的“精銑”對話框。 圖5.6.1“精銑”對話框 ⑵定義加工區(qū)域。 單擊選項卡，然后單擊“精銑”對話框中的目標零件感應區(qū)，在圖形區(qū)選擇整個目標加工零件作為加工對象，系統(tǒng)會自動計算出一個加工區(qū)域，雙擊鼠標左鍵，系統(tǒng)返回到“精銑”對話框。 ⑶定義刀具參數(shù)。 進入刀具參數(shù)選項卡，在“精銑”對話框中單擊選項卡，然后點擊按鈕，選擇圓錐銑刀為加工刀具。 選擇刀具，如圖5.6.2。 圖5.6.2 精銑選刀 ⑷定義進給率。 在“精銑”對話框中單擊選項卡，在“精銑”對話框的選項卡中設置，如圖5.6.3所示的參數(shù)。 圖5.6.3 精銑進給率參數(shù)

52、 ⑸定義刀具路經參數(shù)。 在“精銑”對話框中單擊選項卡，同圖5.4.4所示。 圖5.6.4 精銑刀具路經參數(shù) 定義徑向進給量。 單擊選項卡，然后在中輸入1.5mm，其他選項卡參數(shù)設置為默認。 ⑹定義進刀/退刀路徑。 各項參數(shù)為默認設置，如圖5.6.5。 圖5.6.5 精銑進退刀路徑 (7)生成刀具路線。 在“精銑”對話框中，單擊選項卡，預覽刀具路線，如圖5.6.4。 圖5.6.4 精銑刀具路線 5.7刀路仿真 ⑴單擊按鈕，選擇，系統(tǒng)計算彈出“換刀.1”對話框，如圖5.7

53、.1所示。 圖5.7.1刀路仿真對話框 ⑵在“換刀.1”對話框中單擊按鈕，然后單擊按鈕，觀察刀具切割毛坯零件的運行情況。 先進行粗銑，如圖5.7.2所示。 再進行精銑，如圖5.7.3所示。 模擬加工完成后，如圖5.7.4。 圖5.7.2 粗銑 圖5.7.3 精銑 圖5.7.4 加工完成 5.8后處理 后處理事為了將加工操作中的加工刀路轉換為數(shù)控機床可以識別的數(shù)控程序（NC代

54、碼）。后處理的一般操作過程如下： 5.8.1激活功能選項 選擇下拉菜單的選項中的“選項”命令，系統(tǒng)彈出如圖5.8.1所示的“選項”對話框。在左邊的列表框中選擇選項，然后單擊選項，在區(qū)域選擇選項，單擊“確定”按鈕。 圖5.8.1 選項對話框 5.8.2生成NC數(shù)據 在特征樹中點選，然后點擊以批次方式產生NC碼 命令，系統(tǒng)彈出如圖5.8.2所示對話框。 圖5.8.2以批次方式產生NC碼對話框 1.選擇數(shù)據類型 在對話框中單擊選項卡，然后在下拉列表中選擇選項。 2.選擇輸出數(shù)據文件的路徑 單擊按鈕，彈出“

55、另存為”對話框，在“保存在”下拉列表中選擇選擇目錄，可以采用系統(tǒng)默認的文件名，單擊“保存”按鈕完成輸出數(shù)據的保存。 3.調制刀具動作 在“以批次方式產生NC碼”對話框中單擊“刀具動作”選項卡。再在“原點方式”下拉欄中，選擇“由機具”，其余默認，如下圖5.8.3。 圖5.8.3 刀具動作 4.格式設定 在“以批次方式產生NC碼”對話框中單擊“格式設定”選項卡。然后在“刀具運動陳述”下拉欄中，選擇“由機具”，其余默認，如下圖5.8.4。 圖5

56、.8.4 Formatting 5.選擇加工機床 ⑴在“以批次方式產生NC碼”對話框中單擊“NC碼”選項卡。然后在其中的下拉列表中選擇“fanuc16b”（如圖5.8.5所示）。 圖5.8.5 選擇加工機床 ⑵在“以批次方式產生NC碼”對話框中單擊按鈕，系統(tǒng)彈出對話框如圖5.8.6所示，單擊“確定”按鈕，系統(tǒng)即在選擇的目錄中生成數(shù)據文件。 圖5.8.6 對話框 結束語 經過了兩個多月的學習和工作，在唐永革老師悉心指導和嚴格要求下，終于完成了《轎車引擎蓋逆向設計及其

57、模具型面NC加工模擬》的設計工作。從課題選擇、方案論證到具體設計，每一步對我來說無疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)，也成就了我在大學期間獨立完成的最大的項目。 記得剛接到畢設題目時，由于對逆向建模和數(shù)控加工不是很了解，有些茫然不知所措。通過上網和書籍逐漸的了解逆向工程和數(shù)控加工的知識，逐漸的思路清晰起來，最后獨立完成了此次畢業(yè)設計。 在本次設計里，學到了很多東西，受益匪淺，對于CATIA軟件的應用由入門到熟練，使我充分的認識到CATIA軟件在本專業(yè)中的重要性，為以后工作中實際動手操作打下了堅實的基礎。另外，也通過這次設計使我了解到了逆向設計在工業(yè)設計中的應用。 在使用CATIA軟件逆向曲面建模的過程

58、中，總結了以下幾個問題： 1.使用多截面線的方法，使用多截面線利用曲線投影，再利用多截面曲面功能，雖然能鋪出曲面，但是由于邊界不好導致有時鋪出的曲面有尖角，或出現(xiàn)所鋪曲面有波浪型曲面，并且距離分析差距較大。 2.使用擬合曲面功能，一開始以為大面積鋪面節(jié)約時間，結果不然，由于所選曲面曲率變化較大導致無法擬合，或擬合后大面積毛刺和變形，經過多次的實踐，終于明白要盡量多提取點云，但不要超過所要鋪的曲面的范圍，否則也會造成曲面變形等情況。 3．由于我所做的零件是轎車防火墻裝配板，曲面較多并且多不規(guī)則。用擬合曲面做之后，需要將其分割再用橋接的方法與其它曲面結合。 4.在利用橋接對兩曲面進行橋接時

59、，常常會出現(xiàn)橋接面發(fā)生變形或者產生尖角，對于解決這一現(xiàn)象首先要確定要橋接的兩曲面的邊端是否對稱，其次在選取完兩曲面后要確定引導線方向的正確；經過多次的使用我發(fā)現(xiàn)橋接時，還可以有一些細節(jié)的調整，例如調整橋接曲面的張度等。 5.有曲面成一定角度的，可以先擬合兩個面，然后使用外延功能讓兩個面相交，使用外延功能時要選擇曲率延伸，選擇切線延伸會使曲面多出線條，在進行別的操作時會有干擾。 6.在數(shù)控加工模塊的制作中，一定要注意在建立毛坯前要對坐標系進行自定義修改，對加工參數(shù)的設置要符合實際數(shù)控機床數(shù)控加工的應用。 不足之處：由于點云數(shù)據的質量問題，在點云數(shù)據上采點并不是很準確，這就影響到模型制作精度

60、。在曲面模型制作過程中，由于時間關系，曲面精度還不是足夠理想，以后可以通過對制作方法的優(yōu)化，提高整體曲面質量。 致謝 作為大學四年專業(yè)知識的體現(xiàn)，這次畢業(yè)設計也到了說再見的時候了。從唐老師那里得到題目后，自己就開始了準備，在此過程中，遇到過各種各樣的問題。簡單問題自己解決，但是好多自己難以解決的，無一不是在唐老師的指導下才找到了一個合適的解決辦法，多少次唐老師犧牲自己休息的時間為我們悉心指導。唐老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期

61、詳細設計中都給予了我悉心的指導。除了唐老師非常高專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將對我今后的學習和工作產生深遠的影響。 其次，在這次畢業(yè)設計中用到的相關知識都是在每位大學老師教導下獲取的，師恩難忘，在此感謝我們汽車教研組趙老師，苗老師，龔老師等所有老師。 參考文獻 1. 王霄，劉云霞等編著.逆向工程技術.北京：化學工業(yè)出版社，2004 2. 凱德設計/編著.CATIA V5從入門到精通.北京：中國青年出版社，2008 3. 王霄，劉云霞等編著.CATIA逆向工程實用教程.北京：化學工業(yè)出版社，2006

62、4. 單巖，謝斌飛等編著. CATIA V5逆向工程設計.北京：清華大學出版社，2004 5. 游立明等編著.VATIA V5 曲面設計從入門到精通.北京：電子工業(yè)出版社，2006 6. 唐永革等編著.汽車車身結構與設計.沈陽：沈陽航空航天大學北科，2011 7. 唐永革等 編著.汽車車身計算機輔助設計.沈陽：沈陽航空工業(yè)學院，2009 8. 尤春風等編著.CATIA V5曲面造型.北京：清華大學出版社，2002 9. 寧貴欣編著.CATIA V5 工業(yè)造型設計實例教程.北京：清華大學出版社，2005 10. 陳家瑞主編.汽車構造（下冊）. 北京：機械工業(yè)出版社，2007 11.

63、 唐志遠，向雄方.汽車車身制造工藝.北京：化學工業(yè)出版社，2009 12. 趙桂范，楊娜.汽車制造工藝學.北京：北京大學出版社，2008 13. 宋曉琳主編.汽車車身制造工藝學（第二版）.北京：北京理工大學出版社，2006 14. CATIA軟件與逆向設計學習資料.電子文檔資料 附錄 數(shù)控加工NC代碼 % O1000 N1 G49 G54 G80 G40 G90 G23 G94 G17 G98 N2 T1 M6 N3 G0 X-357.776 Y.387 S70 M3 N4 G43 Z20. H1 N5 G1 Z5.029 F20

64、00. N6 Z-4.971 N7 X-344.676 N8 Y745.541 F1500. N9 X-344.325 Y745.562 N10 X311.566 N11 X308.665 Y740.376 N12 X302.839 Y729.619 N13 X297.741 Y720.708 N14 X292.224 Y712.046 N15 X292.163 Y711.947 . . . N7280 X338.576 Y740.477 Z-1.048 N7281 Y749.767 Z-1.86 N7282 X337.076 Y748.614 Z-1.784 N7283 Y738.052 Z-.893 N7284 X335.576 Y736.831 Z-.833 N7285 Y749.338 Z-1.962 N7286 X334.076 Y748.52 Z-1.947 N7287 Y748.029 Z-1.898 N7288 Y734.467 Z-.715 N7289 X332.576 Y731.574 Z-.605 N7290 Y744.722 Z-1.697 N7291 Y748.321 Z-2.061 N7292 Z3.939 F2500. N7293 G0 Z20. N7294 M30 %