轿车引擎盖逆向设计及其模具型面NC加工模拟毕业设计

沈阳航空航天大学毕业设计（论文）摘 要本文主要介绍了基于CATIA软件将汽车发动机盖板数据点云通过逆向工程技术设计成零件实体的过程，以及其数控模拟加工。在设计过程中涉及到点云整理、数字编辑、自由曲面造型、快速曲面造型等技术。在建模过程中，遇到桥接出现错误、拼接无法完成等问题，都得到了较好的解决。在具体逆向设计中，为了建好曲面模型，运用了不同的方案，经过多次的失败和改正后，最终获得了较好的曲面模型。关键词：逆向工程；引擎盖；CATIA；曲面造型；Abstract The article is about basing on CATIA software to design 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 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 facing many times of failure and correcting them.Key words ： Reverse Engineering；hood; CATIA; Surface Modeling;毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII1 逆向工程概述11.1 逆向工程定义及其应用11.2 逆向工程系统21.2.1 产品实物几何外形的数字化系统22 CATIA V5介绍42.1 CATIA 在制造业的应用42.2 CATIA V5概貌43 CATIA逆向工程建模基础133.1 CATIA曲面的逆向重构133.1.1由曲线构造曲面的方法133.1.2 由曲面派生曲面的方法143.2 CATIA逆向工程建模基本流程153.3 CATIA逆向工程的特点163.4 CATIA用于逆向工程的主要模块功能简介163.4.1 DSE数字编辑器模块163.4.2 QSR快速曲面重构模块163.4.3 GSD通用曲面造型模块174 汽车发动机盖板逆向数字建模过程194.1发动机盖板点云的处理194.2（方法一）发动机盖板外形曲面的制作244.3（方法一）发动机盖板孔的制作344.4 （方法一）对称曲面394.5（方法一）实体的生成414.6 (方法二）点云的再处理424.7（方法二）利用强力匹配生成右半面434.8两种方法比较445 汽车引擎盖模具型面数控加工仿真455.1创建毛坯零件455.2创建加工坐标原点465.3设置零件操作定义475.4设置粗铣加工参数495.5换刀设置525.6设置精铣加工参数535.7刀路仿真565.8后处理595.8.1激活功能选项595.8.2生成NC数据59结束语63致谢65参考文献66附录 数控加工NC代码67681 逆向工程概述1.1 逆向工程定义及其应用逆向工程（Reverse Engineering,RE），也称反求工程或反向工程等，它起源于精密测量和质量检验。广义的逆向工程是消化和吸收先进技术的一系列工作方法的技术组合，它包括影像逆向、软件逆向和实物逆向等三个方面。目前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物的逆向重构上，即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造，被称为“实物逆向工程”。这种从实物样件获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已成为CAD/CAM系统中的一个研究及应用热点，并发展成为一个相对独立的领域。在这意义下，“实物逆向工程”（简称逆向工程）可定义为：将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程。一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容： （1）新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。（2）已有零件的复制，再现原产品的设计意图。（3）损坏或磨损零件的还原。（4）数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。由下图1.1可了解逆向工程的整个产品的开发过程。图1.1 产品开发流程1.2 逆向工程系统随着计算机技术的发展，逆向工程技术和先进制造技术的结合日趋紧密，如20世纪80年代初发展起来的快速原形技术、基于网络的异地设计及制造技术等，在产品设计和制造阶段都需要逆向工程技术的支持。同时，逆向工程技术也和计算机辅助测量（CAT）、辅助设计（CAD）、辅助制造（CAM）以及计算机辅助工程分析（CAE）密切相关。逆向工程成功应用的关键不仅在于各计算机辅助子模块能较好地独立完成各项工作，很大程度上还取决于各个子模块的计算机集成程度。可以说，逆向工程是CAT/CAD/CAM/CAE等先进的计算机辅助技术集成应用的一个典型例子。如何将这些技术组成一个整体，即集成逆向工程系统，是逆向工程技术应用研究的一个重要方向。逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化子系统、三维CAD模型重建子系统、产品或模具的制造子系统等。1.2.1 产品实物几何外形的数字化系统产品表面数字化又称数据测量，是指通过特定的测量设备和测量方法，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据，在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。因而，高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一，是逆向工程中最基本，最不可缺少的步骤。数据获取在产品设计师与逆向工程及CAD/CAM/CAE/RP/CNC之间扮演着桥梁的角色。可以这么认为，数据测量是逆向工程的基础，测量数据的质量与最终模型的质量密切相关，直接影响到整个工程的效率和质量。实际应用中，常发生因模型表面数据获取的问题而影响重构模型精度的情况。因此，如何取得较佳的物体表面数据，一直是逆向工程的一个主要研究内容。目前，用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样，其原理也各不相同。测量方法的选用是逆向工程中一个非常重要的问题。不同的测量方式，不但决定了本身的精度、速度和经济性，还使得测量数据类型及后续处理方式不尽相同。根据测量探头是否和零件表面接触，逆向工程中物体表面三维数据的获取方法基本上可分为两大类，即接触式与非接触式。根据测头的不同，接触式又可分为触发式和连续式；非接触式按其原理不同，又可分为光学式和非光学式。其中，光学式包括三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法等；而非光学式包括CT测量法、MRI测量法、超声波法和层析法等。测量方式对比与设备选型接触式测量有以下优点。因接触式探头发展已有几十年，其机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性。接触式测量的探头直接接触工件表面，故对工件表面的反射特性、颜色及曲率关系要求不高。被测物体固定在三坐标测量机上，并配合测量软件，可快速地测量出物体的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等。与接触式测量相比，非接触式测量主要有以下优点。不必做探头半径补偿，因为激光光点位置就是工作表面的位置。测量速度非常快，不必像接触式触发探头那样逐点进行测量。软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。对于逆向测量而言，数据采集的方式应满足下面这些要求。采集精度应满足工程的实际需要，如汽车工业，其最终的整体符合精度不能低于0.1。采集速度要快，尽量减少测量在整个逆向工程中所占有的时间。数据采集要完整，不能有缺漏，以免给后期的曲面重构带来障碍。数据采集过程中不能破坏原形。降低测量成本。根据上面这些要求，可以根据逆向工程中测量的实际情况，选择不同的测量方式，或同时利用不同的测量方式进行互补，以得到一个精度高、信息全面的测量数据。在接触式测量方法中，三坐标测量机（CMM）是应用最为广泛的一种测量设备，再结合实际情况，利用三坐标测量机进行测量。 2 CATIA V5介绍2.1 CATIA 在制造业的应用CATIA 的全称为Computer-Aided Three-dimension Interactive Application，是集成CAD、CAM、CAE的大型软件，由法国达索系统公司开发，是全球制造业的主流设计软件。CATIA 广泛应用于制造业的各个领域，从航空、汽车、造船、通用机械到电子电器、生活用品。许多世界知名的公司如波音、克莱斯勒、宝马、奔驰、本田、丰田等都使用CATIA作为主要的设计软件。随着中国制造业的发展，特别是汽车工业的发展，随着越来越多的国际把生产和开发工作引入中国，CATIA也在不断地普及和深入。2.2 CATIA V5概貌CATIA V5涵盖了机械设计、外形设计、分析与仿真、工厂设计、数控加工、数字化样机、数字样机、设备与系统、人体工程和知识工程等丰富的内容。图2.1所示为包含了所有CATIA V5模块的菜单。每个使用CATIA V5的企业都只是用其中的一部分模块，但是，了解一下CATIA V5所包含的模块还是很有用的。“基础模块”包含了如图2.2所示的模块，装配件的产品结构、材料库、与CATIIA早期版本接口、标准件库编辑器和能够实现逼真、美丽的渲染效果的照片工作室和室时渲染，还有虚拟现实、特征字典编辑器等模块。图2.1 CATIA V5模块图2.2 基础结构在图2.3中可以看到CATIA V5用于机械设计的模块：除了实体造型的零件、装配件设计、二维制图和二维草图基础模块外，还有焊接模块、钣金设计等模块。图2.3 机械设计图2.4所示，“形状”子菜单中包含了CATIA曲面造型的模块，包括能够创建A级曲面的自由曲面造型、汽车Class A、汽车车身紧固件设计、在二维图片上描画曲线的早图跟踪器、处理从三坐标测量仪生成的点云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。图2.4 形状图2.5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2.5 分析与仿真图2.6所示，“AEC工厂”子菜单中包含工厂布局模块。图2.6 AEC工厂图2.7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2.7 数控加工图2.8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2.8 数学模型图2.9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2.10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2.11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2.12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。图2.9 设备与系统图2.10 加工的数字流程图2.11 人机工程学设计与分析图2.12 知识工程3 CATIA逆向工程建模基础3.1 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3.1所示。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图3.1 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。3.1.1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。（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。3.1.2 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。3.2 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：数学模型的精度误差满足用户可交付使用；曲面内在的质量要求，如曲面的连续性要求，光顺性要求等；曲面连续过渡的质量要求，如不能出现尖角等；过渡曲面的流动路径要求；曲面或局部协调性和对局部特征分界的合理性；工程制造标准的要求；模具拔模的工程制造符合性要求；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，如下图扫描点云特征线面实体模型图3.2 逆向建模一般流程3.3 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。点及点云数据处理的高效率。可以构建Class A曲面。可以根据需要快速构建Class B曲面。GSD模块曲面功能强大，并可进行可行性分析。多样化检测工具（曲率分析、连续分析、距离分析）。三角网格曲面直接进行3轴加工。以DMU SPA对数位模型进行空间干涉检测。3.4 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。3.4.1 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。3.4.2 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。3.4.3 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。3.5引擎盖的建模方法及工艺分析 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。3.5.1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。3.5.2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0.71.2mm的冷扎钢板,含碳量相当于810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1020， 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8-12um，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812um,当然绝对要大于8um。4 汽车发动机盖板逆向数字建模过程4.1发动机盖板点云的处理进入CATIA用户界面如下图4.1所示：图4.1CATIA用户界面读入点云数据：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：点击，进入Clould Import界面，点击Selected File,选择名称“hood_outer.asc”的文件。如图4.2所示。图4.2点云导入对话框此时，汽车引擎盖点云数据就显示在CATIA界面中，如图4.3所示。 图4.3点云外形第3步：用鼠标中键+鼠标右键在视图中旋转此点云数据模型，以便仔细观察。为以后分析做准备。第4步：观察点云数据模型，大致推出对称结构，这样可以用点云质量较好部分推出全貌。第5步：点云的稀释单击按钮并选择点云，进行稀释，为了使复杂的结构质量更好我们选用适应性，按照图4.4进行设置，其结果如图4.5。 图4.4点云稀释对话框图4.5稀释后的点云第6步： 三角网格化点云单击按钮并选择点云，进行三角网格化，在对话框选项设置如图4.6所示，点击【OK】按钮生成图如下图4.7网格面。然后对网格面进行补洞与interactive triangle creation处理，如图4.8所示。 图4.6创建网格面对话框图4.7生成网格面图4.8处理后网格面 以下用两种方法分别来做曲面4.2（方法一）发动机盖板外形曲面的制作第1步：单击按钮进入逆向曲面重建模块，单击进行标准斜率分割，如图4.9 。图4.9曲率分割后的平面第2步：由于点云关于xz平面对称，所以把点云分割开来 图4.10分割后对话框第3步：根据斜率分割得到的参考线创建特曲面征曲线, 单击按钮，沿着斜率分割后得到的参考线描线，出现如下图4.11所示。 图4.11 3D曲线对话框曲面的所有特征曲线完成后如图4.12图4.12曲面特征曲线3步：创建曲面( 1 ) 进入逆向曲面重建模块单击按钮，按照如下图4.13所示对话框选择边界和穿越点。 图4.13 激活点云图4.14 power fit对话框( 2 ) 选择完所创建的屋面特征线，单击按钮预览，确定无误后点击按钮完成，结果如下图4.15所示的曲面。图4.15 power fit 曲面结果 （3）按照上述方法对引擎盖其他曲面进行构建其结果入下图 4.16。 图4.16填充曲面结果（4）单击按钮使用桥接命令连接上述两块曲，其结果如下图4.17。图4.17桥接曲面的结果第4步：连接曲面（1）单击按钮，按照如下图4.18所示对话框设置选项。图4.18曲面拼合话框（2）确定无误后点击【确定】按钮完成，结果如下图4.19所示的曲面。图4.19曲面拼合的结果(3) 进入自由曲面进行距离分析，按照图4.20进行设置图4.20离分析对话框其结果如下图4.21所示图4.21距离分析结果4.3（方法一）发动机盖板孔的制作4.3.1 绘制草图（1）进入创层式外形设计模块，显示点云，单击按钮，并选择XY平面进入草图，如下图4.22。图4.22草图界面（2）单击按钮，按照引擎盖初始点云的形状描绘出引擎盖上孔的形状，其结果如图4.23。图4.23草图结果4.3.2 发动机盖板空的制作（1） 进入逆向曲面重建模块，单击按钮，选择草图为轮廓，限制1选择直到元素，如下图4.24所示图4.24拉伸曲面对话框确认无误后点击按钮，其结果如下图4.25。图4.25拉伸结果（2） 单击按钮，出现下图4.26对话框选取修剪元素。图4.26修剪定义对话框确认无误后点击按钮，其修剪后的结果如下图4.27。图4.27修剪结果4.4 （方法一）对称曲面（1）单击按钮，按照如下图4.28所示对话框设置选项。图4.28对称定义对话框（2）确定无误后点击按钮完成，结果如下图4.29所示的曲面图4.29对称曲面（3） 单击按钮，按照下图4.30选择要接合的元素。图4.30结合对话框确认无误后点击按钮，其结果如下图4.31。图4.31曲面结合结果4.5（方法一）实体的生成 （1）单击进入零件设计模块，单击按钮，按照图4.32进行参数设定。图4.32草图结果第一偏移和第二偏移均选0.6mm，要偏移的对象选择确认无误后点击按钮，其结果如下图4.33。图4.33 实体效果图4.6 (方法二）点云的再处理 对起凸包的点云删除，然后再补洞。如图4.34 、图4.35。 图4.34 删除起凸包的点云 图4.35 对网格补洞4.7（方法二）利用强力匹配生成右半面 具体点云分割方法与方法一一致，点击power fit按钮，再单击网格，生成曲面如图4.36所示。 图4.36 强力匹配生成的曲面后续曲面处理同方法一。4.8两种方法比较 综合比较两种方法，显然方法二比较简单易于操作，而且举例分析误差较小，所以可以采用方法二。5 汽车引擎盖模具型面数控加工仿真由于防火墙装配板型面结构复杂，常采取压锻，焊接和镗孔三种工艺相结合。故从工艺和结构特征上分析，将板件整体划分为几块，然后分别对其进行模具型面的数控加工。之后再将应用模具冲压锻造而成的板块，通过焊接工艺接合成完整的板件。另外，板面上的通孔可用镗孔工艺制造。在CATIA V5软件中，可通过加工子菜单中，曲面加工模块，对防火墙装配板各块板件的冲压模具进行型面数控加工仿真。本次对曲面模拟加工其底模型面。模具型面对光整度有要求，采用数控铣加工，先用粗铣快速去除较大余量，并铣出型面大致轮廓，再用精铣细致加工底模型面，使之有较高的尺寸精度。同法处理顶模，用以压锻出符合要求的板块。另外，其上通孔可用镗孔加工。具体操作流程如下述。5.1创建毛坯零件点击开始按钮，找到加工模块，进入曲面加工的子模块中。单击建立生料按钮，如图5.1.1所示。 图5.1.1 创建生料在图形区选择目标零件作为参照，系统自动创建一个毛坯零件，且在“Rough Stock Creation”对话框中显示毛坯零件的尺寸参数，在“Rough Stock Creation”对话框中修改毛坯零件的尺寸，完成后毛坯零件，如图5.1.2所示。 图5.1.2 毛坯零件5.2创建加工坐标原点双击所创建的毛坯零件，系统进入“创成式外观造型设计”工作台，点击按钮，在系统弹出的“直线定义”对话框如图5.2.1所示。图5.2.1 “直线定义”对话框在“直线定义”对话框中选择方式创建直线，然后在选择生料顶面两边的中点生成顶面的中线，再点击，在直线上创建中点，如图5.2.2。 图5.2.2建中点 5.3设置零件操作定义在模型树中双击，弹出来的零件加工动作对话框，如下图5.3.1所示。 图5.3.1 加工设定对话框单击，在弹出的“数控机床”对话框中单击“3轴数控机床”按钮，在单击“确定”按钮。在返回的Part Operation对话框中单击“加工坐标系”按钮，系统弹出对话框如图5.3.2所示，在对话框的坐标敏感区中单击加工坐标原点，再在工作窗口中，选取创建的加工坐标原点，返回对话框中单击“确定”按钮，完成加工坐标设定。图5.3.2 加工坐标原点对话框在返回的Part Operation对话框中单击按钮，在工作窗口中的模型树中双击目标加工零件，系统返回Part Operation对话框，完成目标加工零件设定。在返回的Part Operation对话框中单击按钮，在工作窗口中的模型树中双击毛坯零件，系统返回Part Operation对话框，完成加工毛坯零件设定。在返回的Part Operation对话框中单击按钮，在工作窗口中选取毛坯零件顶面，在显示Safety plane字样后单击鼠标右键，在弹出来的快捷菜单中执行Offset命令，在弹出的Edit Parameter对话框中输入20mm，如图5.3.3所示，确定安全平面向毛坯零件顶面偏移，再单击“确定”按钮，返回Part Operation对话框，单击“确定”按钮，完成零件加工参数设置。图5.3.3 参数设定5.4设置粗铣加工参数在特征树中选择节点，然后选择下拉菜单中的“Machining Operations”功能中的Roughing命令，插入一个等高线加工步骤，系统弹出如图5.4.1所示的“Roughing.1”对话框。图5.4.1“粗铣”对话框定义加工区域。单击选项卡，然后单击“粗铣”对话框中的目标零件感应区，在图形区选择整个目标加工零件作为加工对象，系统会自动计算出一个加工区域，双击鼠标左键，系统返回到“粗铣”对话框。同理，选择Rough stock.1充当生料。定义刀具参数。进入刀具参数选项卡，在“粗铣”对话框中单击选项卡，然后点击按钮，选择立铣刀为加工刀具。设置刀具参数如下：在“粗铣”对话框中选空复选框。在“粗铣”对话框中单击按钮，单击选项卡，然后设置如图5.4.2所示刀具参数。图5.4.2粗铣刀具参数其他选项卡中的参数均采用默认的设置。定义进给率。在“粗铣”对话框中单击选项卡，在“粗铣”对话框的选项卡中设置如图5.4.3所示的参数。图5.4.3粗铣进给率参数定义刀具路经参数。在“粗铣”对话框中单击选项卡如图5.4.4所示。图5.4.4粗铣刀具路经参数选项卡单击选项卡，在下拉列表中选择和选项。在下拉表中选择 HSM涡旋 选项。选中复选框，在其下拉表中选择 螺旋的 选项。其他选项采用系统默认设置。定义径向进给量。单击选项卡，然后在 下拉表中选择 阶度长度 选项，在文本框哄输入3mm。定义轴向进给量。单击选项卡，然后在 文本框中输入5mm。其他选项卡采用系统默认的设置。定义进刀/退刀路径。在“粗铣”对话框中单击选项卡。在区域中的列表框中选择选项， 均采用系统默认的设置。在区域中的列表框中选择选项，然后单击按钮。在区域中的列表框中选择选项，然后单击按钮。(7)生成刀具路线。在“粗铣”对话框中单击选项卡，预览刀具路线，如图5.4.5。 图5.4.5 粗铣刀具路线5.5换刀设置点击钻头更换，选择立式铣刀，再单击，插入换刀指令，并设置精铣刀具参数，其余值默认，如图5.5.1。 图5.5.1 换刀5.6设置精铣加工参数在特征树中选择节点，然后选择下拉菜单中的“Machining Operations”功能中的Sweeping命令，在换刀.2后插入一个等高线加工步骤，系统弹出如图5.6.1所示的“精铣”对话框。 图5.6.1“精铣”对话框定义加工区域。单击选项卡，然后单击“精铣”对话框中的目标零件感应区，在图形区选择整个目标加工零件作为加工对象，系统会自动计算出一个加工区域，双击鼠标左键，系统返回到“精铣”对话框。定义刀具参数。进入刀具参数选项卡，在“精铣”对话框中单击选项卡，然后点击按钮，选择圆锥铣刀为加工刀具。选择刀具，如图5.6.2。图5.6.2 精铣选刀定义进给率。在“精铣”对话框中单击选项卡，在“精铣”对话框的选项卡中设置，如图5.6.3所示的参数。图5.6.3 精铣进给率参数定义刀具路经参数。 在“精铣”对话框中单击选项卡，同图5.4.4所示。 图5.6.4 精铣刀具路经参数定义径向进给量。单击选项卡，然后在中输入1.5mm，其他选项卡参数设置为默认。定义进刀/退刀路径。各项参数为默认设置，如图5.6.5。 图5.6.5 精铣进退刀路径(7)生成刀具路线。在“精铣”对话框中，单击选项卡，预览刀具路线，如图5.6.4。 图5.6.4 精铣刀具路线5.7刀路仿真单击按钮，选择，系统计算弹出“换刀.1”对话框，如图5.7.1所示。 图5.7.1刀路仿真对话框在“换刀.1”对话框中单击按钮，然后单击按钮，观察刀具切割毛坯零件的运行情况。先进行粗铣，如图5.7.2所示。再进行精铣，如图5.7.3所示。模拟加工完成后，如图5.7.4。 图5.7.2 粗铣 图5.7.3 精铣 图5.7.4 加工完成5.8后处理后处理事为了将加工操作中的加工刀路转换为数控机床可以识别的数控程序（NC代码）。后处理的一般操作过程如下：5.8.1激活功能选项选择下拉菜单的选项中的“选项”命令，系统弹出如图5.8.1所示的“选项”对话框。在左边的列表框中选择选项，然后单击选项，在区域选择选项，单击“确定”按钮。 图5.8.1 选项对话框5.8.2生成NC数据在特征树中点选，然后点击以批次方式产生NC码 命令，系统弹出如图5.8.2所示对话框。 图5.8.2以批次方式产生NC码对话框1.选择数据类型在对话框中单击选项卡，然后在下拉列表中选择选项。2.选择输出数据文件的路径单击按钮，弹出“另存为”对话框，在“保存在”下拉列表中选择选择目录，可以采用系统默认的文件名，单击“保存”按钮完成输出数据的保存。3.调制刀具动作 在“以批次方式产生NC码”对话框中单击“刀具动作”选项卡。再在“原点方式”下拉栏中，选择“由机具”，其余默认，如下图5.8.3。 图5.8.3 刀具动作4.格式设定在“以批次方式产生NC码”对话框中单击“格式设定”选项卡。然后在“刀具运动陈述”下拉栏中，选择“由机具”，其余默认，如下图5.8.4。 图5.8.4 Formatting5.选择加工机床在“以批次方式产生NC码”对话框中单击“NC码”选项卡。然后在其中的下拉列表中选择“fanuc16b”（如图5.8.5所示）。 图5.8.5 选择加工机床在“以批次方式产生NC码”对话框中单击按钮，系统弹出对话框如图5.8.6所示，单击“确定”按钮，系统即在选择的目录中生成数据文件。 图5.8.6 对话框 结束语经过了两个多月的学习和工作，在唐永革老师悉心指导和严格要求下，终于完成了轿车引擎盖逆向设计及其模具型面NC加工模拟的设计工作。从课题选择、方案论证到具体设计，每一步对我来说无疑是巨大的尝试和挑战，也成就了我在大学期间独立完成的最大的项目。记得刚接到毕设题目时，由于对逆向建模和数控加工不是很了解，有些茫然不知所措。通过上网和书籍逐渐的了解逆向工程和数控加工的知识，逐渐的思路清晰起来，最后独立完成了此次毕业设计。在本次设计里，学到了很多东西，受益匪浅，对于CATIA软件的应用由入门到熟练，使我充分的认识到CATIA软件在本专业中的重要性，为以后工作中实际动手操作打下了坚实的基础。另外，也通过这次设计使我了解到了逆向设计在工业设计中的应用。在使用CATIA软件逆向曲面建模的过程中，总结了以下几个问题：1.使用多截面线的方法，使用多截面线利用曲线投影，再利用多截面曲面功能，虽然能铺出曲面，但是由于边界不好导致有时铺出的曲面有尖角，或出现所铺曲面有波浪型曲面，并且距离分析差距较大。2.使用拟合曲面功能，一开始以为大面积铺面节约时间，结果不然，由于所选曲面曲率变化较大导致无法拟合，或拟合后大面积毛刺和变形，经过多次的实践，终于明白要尽量多提取点云，但不要超过所要铺的曲面的范围，否则也会造成曲面变形等情况。3由于我所做的零件是轿车防火墙装配板，曲面较多并且多不规则。用拟合曲面做之后，需要将其分割再用桥接的方法与其它曲面结合。4.在利用桥接对两曲面进行桥接时，常常会出现桥接面发生变形或者产生尖角，对于解决这一现象首先要确定要桥接的两曲面的边端是否对称，其次在选取完两曲面后要确定引导线方向的正确；经过多次的使用我发现桥接时，还可以有一些细节的调整，例如调整桥接曲面的张度等。5.有曲面成一定角度的，可以先拟合两个面，然后使用外延功能让两个面相交，使用外延功能时要选择曲率延伸，选择切线延伸会使曲面多出线条，在进行别的操作时会有干扰。6.在数控加工模块的制作中，一定要注意在建立毛坯前要对坐标系进行自定义修改，对加工参数的设置要符合实际数控机床数控加工的应用。不足之处：由于点云数据的质量问题，在点云数据上采点并不是很准确，这就影响到模型制作精度。在曲面模型制作过程中，由于时间关系，曲面精度还不是足够理想，以后可以通过对制作方法的优化，提高整体曲面质量。 致谢作为大学四年专业知识的体现，这次毕业设计也到了说再见的时候了。从唐老师那里得到题目后，自己就开始了准备，在此过程中，遇到过各种各样的问题。简单问题自己解决，但是好多自己难以解决的，无一不是在唐老师的指导下才找到了一个合适的解决办法，多少次唐老师牺牲自己休息的时间为我们悉心指导。唐老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计中都给予了我悉心的指导。除了唐老师非常高专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将对我今后的学习和工作产生深远的影响。其次，在这次毕业设计中用到的相关知识都是在每位大学老师教导下获取的，师恩难忘，在此感谢我们汽车教研组赵老师，苗老师，龚老师等所有老师。 参考文献1. 王霄，刘云霞等编著.逆向工程技术.北京：化学工业出版社，20042. 凯德设计/编著.CATIA V5从入门到精通.北京：中国青年出版社，20083. 王霄，刘云霞等编著.CATIA逆向工程实用教程.北京：化学工业出版社，20064. 单岩，谢斌飞等编著. CATIA V5逆向工程设计.北京：清华大学出版社，20045. 游立明等编著.VATIA V5 曲面设计从入门到精通.北京：电子工业出版社，20066. 唐永革等编著.汽车车身结构与设计.沈阳：沈阳航空航天大学北科，20117. 唐永革等 编著.汽车车身计算机辅助设计.沈阳：沈阳航空工业学院，20098. 尤春风等编著.CATIA V5曲面造型.北京：清华大学出版社，20029. 宁贵欣编著.CATIA V5 工业造型设计实例教程.北京：清华大学出版社，200510. 陈家瑞主编.汽车构造（下册）. 北京：机械工业出版社，200711. 唐志远，向雄方.汽车车身制造工艺.北京：化学工业出版社，200912. 赵桂范，杨娜.汽车制造工艺学.北京：北京大学出版社，200813. 宋晓琳主编.汽车车身制造工艺学（第二版）.北京：北京理工大学出版社，200614. CATIA软件与逆向设计学习资料.电子文档资料 附录 数控加工NC代码%O1000N1 G49 G54 G80 G40 G90 G23 G94 G17 G98N2 T1 M6N3 G0 X-357.776 Y.387 S70 M3N4 G43 Z20. H1N5 G1 Z5.029 F2000.N6 Z-4.971N7 X-344.676N8 Y745.541 F1500.N9 X-344.325 Y745.562N10 X311.566N11 X308.665 Y740.376N12 X302.839 Y729.619N13 X297.741 Y720.708N14 X292.224 Y712.046N15 X292.163 Y711.947.N7280 X338.576 Y740.477 Z-1.048N7281 Y749.767 Z-1.86N7282 X337.076 Y748.614 Z-1.784N7283 Y738.052 Z-.893N7284 X335.576 Y736.831 Z-.833N7285 Y749.338 Z-1.962N7286 X334.076 Y748.52 Z-1.947N7287 Y748.029 Z-1.898N7288 Y734.467 Z-.715N7289 X332.576 Y731.574 Z-.605N7290 Y744.722 Z-1.697N7291 Y748.321 Z-2.061N7292 Z3.939 F2500.N7293 G0 Z20.N7294 M30%