【正文】 基于逆向工程技術(shù)的爬行士兵玩具外殼模具設(shè)計(jì)目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 逆向工程簡介 1 逆向工程的概念 1 逆向工程的現(xiàn)狀及應(yīng)用 2 逆向工程的一般步驟 3 測量工具3DSS掃描儀介紹 4 Geomagic軟件介紹 4 5 UG MoldWizard概述 6 Molflow簡介 6 本課題的意義 7第2章 逆向工程中的測量技術(shù) 8 測量方式 8 掃描設(shè)備及掃描軟件界面介紹 9 零件掃描過程 12 本章小結(jié) 14第3章 逆向工程的后處理 15 逆向工程的后處理 15 逆向工程后處理的要求 15 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理 16 三角形網(wǎng)格曲面編輯處理 16 快速曲面重建的曲面階段 17 柵格化并NURBS擬合成CAD模型 18 曲面重構(gòu)具體過程 18 UG環(huán)境下的實(shí)體建模 22 曲面縫合 22 塑件特征設(shè)計(jì) 23 本章小結(jié) 23第4章 Moldflow模流分析 24 最佳澆口位置分析 24 塑件流動(dòng)性分析 24 氣穴的分布 25 注射壓力與鎖模力變化曲線 26 V/P切換時(shí)壓力分析 26 本章小結(jié) 27第5章 玩具外殼模具設(shè)計(jì) 28 塑件的成型工藝分析 28 原料分析 28 塑件的結(jié)構(gòu)、精度、質(zhì)量分析 28 型芯型腔的創(chuàng)建 28 產(chǎn)品分析 28 項(xiàng)目初始化 29 建立模具坐標(biāo)系 29 工件設(shè)置 30 選擇制品的分型面 30 創(chuàng)建分型線和分型面 31 創(chuàng)建型芯和型腔 32 成型設(shè)備的選擇 32 確定制品的成型方法 32 計(jì)算制品體積、質(zhì)量以及制品的正面投影面積 32 預(yù)選注射機(jī)的型號(hào) 33 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 主流道設(shè)計(jì) 33 分流道的設(shè)計(jì) 34 澆口的設(shè)計(jì) 35 模具的結(jié)構(gòu)方案及尺寸的確定 36 溢流、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 37 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 38 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 39 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)校核 40小結(jié) 41參考文獻(xiàn) 42致謝 43基于逆向工程技術(shù)的爬行士兵玩具外殼模具設(shè)計(jì)摘要：本文研究了逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)，并應(yīng)用于爬行士兵玩具外殼的模型重建以及玩具外殼的模具設(shè)計(jì)。爬行士兵玩具外殼的外形曲面復(fù)雜，根據(jù)玩具爬行士兵的特點(diǎn)，采用逆向工程方法完成模型重建工作。采用3DSS掃描儀高效率、高精度地完成玩具玩具爬行士兵的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取工作；應(yīng)用Geomagic軟件完成爬行士兵玩具外殼的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理工作；以UG軟件軟完成玩具外殼模型的重構(gòu)工作并用UG MoldWizard進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞: 逆向工程。 曲面構(gòu)造。 模具設(shè)計(jì) The Mold Design Of Crawling Solider Toy Shell Bassed On Reverse EngineeringAbstract：The key techniques of reverse engineering are researched and applied to crawling soldiers toy shell in this surface appearance of crawling soldiers toy shell is very plex .According to the characteristics of crawling soldiers，using reverse engineering method can plete the model reconstruction work. Scanner can highefficiency， highprecision plete the crawling toys point cloud data acquisition of Geomagic software plete the processing work of crawling soldier39。s point cloud data .With UG software plete the reconstruction of the toy shell and use UG MoldWizard for mold design. Key words: Reverse Engineering。 Surface structure。 Mold design 第1章 緒論 逆向工程簡介 逆向工程的概念 逆向工程(反求工程)是利用對(duì)實(shí)物測量的數(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)已發(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，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)物體的實(shí)物模型進(jìn)行測量，通過對(duì)測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)已有新產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是對(duì)已有設(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。現(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?，F(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，是在市場競爭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，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，逆向工程是各國技術(shù)進(jìn)步、發(fā)展，尤其是發(fā)展中國家迅速改變技術(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)國就是一個(gè)生動(dòng)的歷史證明。 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)競爭力。世界各國在經(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)，各國百分之七十以上的技術(shù)源于國外，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)我國國民經(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停?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。為贏得市場競爭，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靡詫?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。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。 逆向工程的一般步驟逆向工程一般可分為四個(gè)階段: (CMM)或激光掃描等測量裝置來獲取零件原形表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。 ，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。 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。 ，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。 測量工具3DSS掃描儀介紹 3DSS系列三位掃描儀是上海數(shù)造機(jī)電科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的三位數(shù)字化設(shè)備，產(chǎn)品又分為單目和雙目兩大類。它能對(duì)物體進(jìn)行高速、高密度掃描，輸出三維點(diǎn)云供進(jìn)一步后期處理。3DSS的基本原理：掃描時(shí)光柵投影裝置投影數(shù)幅特定編碼的機(jī)構(gòu)光到待測物體上，成一定夾角的兩個(gè)攝像頭同步采得相應(yīng)圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行解碼和相位計(jì)算，并利用匹配技術(shù)，三角形掃描原理，解算出兩個(gè)攝像機(jī)公共視區(qū)內(nèi)像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)。采用這種測量原理，使得對(duì)物體進(jìn)行照相測量成為可能。3DSS具備自動(dòng)標(biāo)定、參考點(diǎn)識(shí)別與測量、點(diǎn)云掃描、多幅掃描拼合功能；系統(tǒng)包含掃描硬件和掃描軟件。硬件包括電腦、兩個(gè)攝像頭、投影裝置、三角架；軟件對(duì)CCD和投影裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和控制，對(duì)采集的圖像進(jìn)行軟件處理，生成三維點(diǎn)云，并能進(jìn)行三維顯示。輸出點(diǎn)云文件，可用Surfacer、Imageware、Gemagic等軟件進(jìn)行進(jìn)一步處理。 Geomagic軟件介紹 Geomagic Studio是由美國雨滴公司研發(fā)的逆向工程應(yīng)用軟件，它以先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型、曲面構(gòu)建理論為基礎(chǔ)，能快速