【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機(jī)公司使用 CATIA 完成了整個(gè)波音 777 的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇跡，從而也確定了 CATIA 在 CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。 課題背景及內(nèi)容世界玩具業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及中國(guó)玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，要求中國(guó)玩具業(yè)加快發(fā)展步伐，雖然沒有捷徑可走，但可以參考別人的發(fā)展歷程，從高起點(diǎn)起步。高端設(shè)計(jì)、分析、制造軟件的廣泛應(yīng)用，為玩具設(shè)計(jì)擺脫傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造模式提供了強(qiáng)有力的工具。因此，應(yīng)用高端的 CAD/CAE/CAM 軟件，進(jìn)行玩具的設(shè)計(jì)、模擬分析與制造，是中國(guó)玩具業(yè)趕超世界玩具業(yè)的一條比較可行、快捷的發(fā)展道路，是從玩具制造大國(guó)，走向玩具強(qiáng)國(guó)的必經(jīng)之路。本課題以逆向工程為基礎(chǔ)，獲得模型的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)用 CATIA 軟件平臺(tái)，基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì) 4 重構(gòu)了一款電動(dòng)直升飛機(jī)，并對(duì)直升飛機(jī)的部分外形進(jìn)行改進(jìn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使外形更加美觀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更趨合理。對(duì)電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的機(jī)械部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。電動(dòng)玩具飛機(jī)，根據(jù)復(fù)雜程度從低到高，主要有以下幾種。，只是模型上像一架直升飛機(jī)，僅能實(shí)現(xiàn)在地面的直線移動(dòng)，此型飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)含量低。實(shí)質(zhì)上只是一輛玩具汽車的變形。 ，除了不能在空中飛行外，其他的運(yùn)動(dòng)基本具備，如在地面除了直線移動(dòng)外，還能自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、原地回轉(zhuǎn)、機(jī)翼的旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。此款直升飛機(jī)基本具有飛機(jī)的功能，屬于中等復(fù)雜程度的飛機(jī)。 ，此飛機(jī)根據(jù)復(fù)雜程度不同，可在空中簡(jiǎn)單路線的飛行或復(fù)雜路線的飛行，能實(shí)現(xiàn)起降。此直升飛機(jī)屬于比較高檔的玩具，集成了電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、流體學(xué)等學(xué)科。 本課題選用的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)是屬于一般型，主要實(shí)現(xiàn)在地面的移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)遇障礙物自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、一定時(shí)間間隔原地回轉(zhuǎn)、機(jī)翼的旋轉(zhuǎn)。南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第二章 玩具飛機(jī)外殼及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)玩具外殼、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是構(gòu)成玩具飛機(jī)的二個(gè)主要部分。玩具外殼不論在功能使用、產(chǎn)品造型、售后服務(wù)等方面均具有極其重要的地位。消費(fèi)者購(gòu)買一架玩具飛機(jī)，首先考慮的是從其外形出發(fā)，若外形吸引顧客，才能留住消費(fèi)者的目光，才會(huì)有購(gòu)買的可能，功能的考慮往往是第二步。本課題的外殼采用逆向工程的方法，得到設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)。 外殼在玩具中的地位從整體布置的角度，外殼尺寸主要由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、底盤等尺寸決定，同時(shí)考慮玩具整體尺寸。外殼與底盤等相聯(lián)接。 玩具殼體設(shè)計(jì)原則 [5]外殼設(shè)計(jì)是玩具設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，玩具的造型通過外殼設(shè)計(jì)展現(xiàn)，直接影響消費(fèi)者的對(duì)產(chǎn)品的第一印象。外殼設(shè)計(jì)一方面要有強(qiáng)烈的藝術(shù)感染力，另一方面還要考慮良好的加工工藝性，要做到以下幾個(gè)方面。，色彩鮮艷外殼設(shè)計(jì)前，首先要明確產(chǎn)品的定位，對(duì)消費(fèi)者年齡段、產(chǎn)品銷往的國(guó)家和地區(qū)人們的喜好、風(fēng)俗習(xí)慣、文化背景等，都要有詳細(xì)的了解，使設(shè)計(jì)具有針對(duì)性，在造型設(shè)計(jì)、色彩搭配上符合消費(fèi)者的心理和愿望。在造型上，兒童都喜歡夸張、可愛的形象，尤其動(dòng)畫片、漫畫故事中的人物、動(dòng)物會(huì)給兒童留下很深的印象，設(shè)計(jì)玩具外殼時(shí)要充分利用兒童作品的影響力，在不侵權(quán)的基礎(chǔ)上對(duì)這些形象加以改變，使容易接受。作為一名優(yōu)秀的玩具設(shè)計(jì)人員，必須掌握多方面的文化知識(shí)，綜合考慮各種因素，才能設(shè)計(jì)出好產(chǎn)品。、簡(jiǎn)約，工藝性好評(píng)價(jià)一個(gè)玩具的好壞，并不是看它的復(fù)雜程度，兒童喜歡簡(jiǎn)單、直觀的東西。因此，設(shè)計(jì)外殼時(shí)造型線條要簡(jiǎn)潔、流暢，復(fù)雜的外形只會(huì)增加加工的難度。模具成本在玩具生產(chǎn)成本中占不小的比例，外殼設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單化，會(huì)降低模具制造成本，還會(huì)使零件的加工工藝性、裝配效率得到提高。，保證使用者的安全無論是塑料外殼，還是木制外殼，都要保證無毒，以免對(duì)兒童造成傷害。尤其是低齡幼兒玩具，對(duì)于外殼的原料、涂料的使用都要符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì) 6 本課題根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研決定玩具直升飛機(jī)外殼整體采用白色 ABS+PC 塑料。表面采用彩色貼圖的方式。 逆向工程的基本流程逆向工程與一般的正向設(shè)計(jì)流程不同，其主要流程如圖 所示。圖 逆向工程主要流程在市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，尋找?guī)卓钿N售情況較好，受消費(fèi)者歡迎的樣本小飛機(jī)，分析其特征，找出設(shè)計(jì)比較好的方面。利用激光三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)，對(duì)玩具直升飛機(jī)外殼進(jìn)行掃描。掃描前將外殼涂刷一層顯影液，在外殼前方放置一基準(zhǔn)球，從上、下、左、右不同角度對(duì)外殼進(jìn)行掃描，得到點(diǎn)云。由于本課題飛機(jī)是左右對(duì)稱，故掃描一半外殼，另一半點(diǎn)云通過鏡像獲得。由于從不同的角度拍點(diǎn)云，會(huì)出現(xiàn)重點(diǎn)現(xiàn)象，需對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行過濾，去除無用的雜點(diǎn)；同時(shí)，刪除點(diǎn)云中無用的點(diǎn)，后期逆向特征比較精確，減少工作量的目的。生成的點(diǎn)云文件，一般轉(zhuǎn)成 IGES 格式，為后續(xù) CAD 軟件讀入做準(zhǔn)備。圖 是本課題經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)點(diǎn)云拍攝，且去除雜點(diǎn)后的外殼點(diǎn)云。南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊圖 玩具直升飛機(jī)點(diǎn)云經(jīng)去雜點(diǎn)后的點(diǎn)云，需進(jìn)行點(diǎn)云的三角化，為重構(gòu)曲面做準(zhǔn)備。圖 是在 CATIA 中三角化后的點(diǎn)云。圖 玩具飛機(jī)三角化后的點(diǎn)云三角化后的點(diǎn)云，進(jìn)行曲面重構(gòu)。飛機(jī)外表面的曲面重建過程中做所的主要工作如下。，尋找?guī)缀翁卣?，采用正向的思維逆向幾何特征。 CATIA 軟件中的截面功能，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行砍斷面，獲得特征點(diǎn)和特征線，然后運(yùn)用這些點(diǎn)、線來構(gòu)建特征曲面。為使曲面達(dá)到光順，構(gòu)建曲面前對(duì)曲線進(jìn)行光順，使其達(dá)到 G2 連續(xù)（即曲率連續(xù)） ，若曲線不能達(dá)到 G2 連續(xù)，對(duì)曲線進(jìn)行重新構(gòu)建。，進(jìn)行倒角，不至于出現(xiàn)重面、缺面。，根據(jù)貼合率進(jìn)行調(diào)整，本設(shè)計(jì)中將曲面和點(diǎn)云的貼合距離控制在 范圍之內(nèi)。 ?；谀嫦蚬こ痰碾妱?dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì) 8 圖 重建后的直升飛機(jī)外表面，得到樣板飛機(jī)的曲面數(shù)模如圖 所示。圖 直升飛機(jī)外曲面，將曲面加成一定厚度，生成實(shí)體數(shù)模，如圖 所示。本設(shè)計(jì)根據(jù)直升飛機(jī)的總體尺寸的大小，同時(shí)參考模型飛機(jī)的厚度，外殼選用 厚度。圖 直升飛機(jī)實(shí)體數(shù)模 ，回避專利，加入設(shè)計(jì)者思想，進(jìn)行改型設(shè)計(jì)（同時(shí)，加入其它樣本飛機(jī)的特征，或者直接把多種樣本飛機(jī)的特征數(shù)模重新進(jìn)行優(yōu)化組南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊合以達(dá)到美觀協(xié)調(diào)，工藝性合理的目的）。此款直升飛機(jī)的尾部比較短，整體比例不夠協(xié)調(diào)，本設(shè)計(jì)中采取加長(zhǎng)尾部的修改，修改其尺寸以達(dá)到比例協(xié)調(diào)，整體美觀之目的。并將尾翼和側(cè)翼都加厚， 加厚至 厚度。對(duì)于擋風(fēng)玻璃的處理，沒有采用原始直升飛機(jī)的貼圖方式，而采用設(shè)計(jì)不同零件的方法，加上半透明彩色擋風(fēng)玻璃，使其外觀更加完美。圖 是經(jīng)過表面處理后的直升飛機(jī)表面數(shù)模。圖 表面處理后的直升飛機(jī)外殼數(shù)模。應(yīng)用鏡像工具，獲得外殼的另一半數(shù)模。由于在點(diǎn)云處理時(shí)，已經(jīng)考慮了左右結(jié)縫處的曲面連續(xù)，鏡像后的曲面在結(jié)縫連續(xù)較好。雖然 CATIA 曲面處理功能相對(duì)其他高端軟件要強(qiáng)大，但在 CATIA 進(jìn)行模型重構(gòu)時(shí)，仍要注意建模的合理性，合理應(yīng)用相應(yīng)的功能。曲面應(yīng)設(shè)計(jì)成參數(shù)化的形式，不要設(shè)計(jì)成非參數(shù)的形式，參數(shù)曲面容易調(diào)整修改。本課題的曲面都是參數(shù)曲面，調(diào)整修改比較容易。 玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)玩具結(jié)構(gòu)是指把零件與零件、零件與部件組裝在一起的連接方式。一個(gè)玩具由多個(gè)零件組合裝配而成，玩具的組裝是玩具生產(chǎn)的重要工序，由于玩具零件數(shù)量多、尺寸小、形狀不規(guī)則，所以很難形成大規(guī)模的機(jī)械化裝配，大部分是采用手工作業(yè)，這是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)所在。如何減少裝配工序、簡(jiǎn)化裝配過程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理非常關(guān)鍵。機(jī)動(dòng)玩具由于動(dòng)作機(jī)構(gòu)較多，結(jié)構(gòu)比靜態(tài)玩具要復(fù)雜。既要使玩具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又要保證玩具動(dòng)作可靠。玩具結(jié)構(gòu)按照一般裝配順序，可分為內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外型結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)。內(nèi)臟結(jié)構(gòu)是指玩具內(nèi)部機(jī)芯、動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的配合形式，如齒輪與軸、凸輪與軸、偏心輪與連桿、軸與機(jī)芯夾板、電動(dòng)機(jī)與機(jī)芯夾板等。外型結(jié)構(gòu)是指除內(nèi)臟以外的各零件之間的配合形式，如外殼與外殼之間、基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì) 10 外殼與底板之間、輪軸與底板之間、整個(gè)機(jī)芯與底板之間、動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)與外殼之間。電路結(jié)構(gòu)是指電動(dòng)玩具中線路的連接、開關(guān)與外殼的連接、電池箱與箱蓋的配合形式。 玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，提高經(jīng)濟(jì)效益玩具生產(chǎn)本身的加工利潤(rùn)很低，若生產(chǎn)批量較大，玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，也能提高經(jīng)濟(jì)效益?？梢圆捎?，按照玩具的最佳壽命設(shè)計(jì)不同的配合結(jié)構(gòu)，如對(duì)于需要拆裝的玩具，采用螺釘聯(lián)接的方式；在滿足強(qiáng)度要求的情況下，采用不同截面形式，或采用加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)，減少材料的使用，本課題在聯(lián)接柱的部分采用加強(qiáng)筋的形式；采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，在玩具設(shè)計(jì)中，無論是機(jī)芯構(gòu)件還是外型構(gòu)件，標(biāo)準(zhǔn)化很重要，標(biāo)準(zhǔn)化使不少尺寸不一的零件成為少量的通用件，大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，現(xiàn)在機(jī)動(dòng)玩具中齒輪、軸、偏心輪等常用的零件都已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化或系列化，發(fā)條機(jī)芯、慣性機(jī)芯也都實(shí)現(xiàn)了規(guī)格系列化，這些機(jī)構(gòu)由專門的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)玩具機(jī)構(gòu)是只需選擇合適的型號(hào)即可。本設(shè)計(jì)中上下聯(lián)接的螺釘和回輪機(jī)構(gòu)選用標(biāo)準(zhǔn)件。采用整體化設(shè)計(jì)能減少零件的數(shù)量及各零件之間的交接面，減少裝配工序。一個(gè)玩具由幾十個(gè)甚至幾百個(gè)零件組成，裝配成本在整個(gè)生產(chǎn)成本中占很大比例。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了盡量減少零件個(gè)數(shù)以外，還要考慮簡(jiǎn)化裝配工序，采用簡(jiǎn)易和快速裝配的設(shè)計(jì)方案。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮盡量采用容易辨別、減少需要判別的情況，減輕裝配強(qiáng)度，少出差錯(cuò)，提高裝配效率。例如大小、形狀差別不大的零件可以用不同的顏色區(qū)分，零件形狀盡量采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，盡量設(shè)計(jì)倒角、圓角結(jié)構(gòu)便于裝配。本設(shè)計(jì)的機(jī)