【文章內(nèi)容簡介】 品的標(biāo)準(zhǔn)零件等。 全數(shù)據(jù)相關(guān) 為加速投放市場，需要 在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使 Pro/ENGINEER 獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 Pro/ENGINEER 是建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上的，不像一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)數(shù)據(jù)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè) 計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)全過程統(tǒng)一起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場。 Pro/ENGINEER 的全相關(guān)性保證在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開 15 發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 裝配管理 Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使設(shè)計(jì)者使用一些直觀的命令，例如“嚙合”、 “插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配 體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。作為世界一流的三維 CAD/CAM 軟件， Pro/ENGINEER 不僅提供了復(fù)雜的功能而且還為用戶提供了開發(fā)接口，同時(shí) Pro/ENGINEER 還自帶一個(gè)PROGRAM 模塊。 制造加工 現(xiàn)今加工制造業(yè)所面臨的加工目標(biāo)要求多，如工件復(fù)雜性、精度要求及生產(chǎn)效率等的門檻越來越高，同行業(yè)的競爭也越來越激烈。在眾多強(qiáng)勁對手中，需要更進(jìn)一步提高加工技術(shù)的水平，才能在同行業(yè)競爭中脫穎而出。在 PRO/E 的 CAD/CAM 系列模塊中，除 了提供用于建立計(jì)算機(jī)幾何模型的輔助工具 (CAD),還提供了在設(shè)計(jì)產(chǎn)品加工制造工藝時(shí)所需要的輔助工具 (CAM)，使用戶在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上更得心應(yīng)手，加工制造技術(shù)更快速，生產(chǎn)程序更具有效率，上市時(shí)間更加領(lǐng)先，質(zhì)量更加可靠。讓用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)流程連貫化，因此更具有競爭力。 在產(chǎn)品加工制造的環(huán)節(jié)上， PRO/E 在設(shè)計(jì) NC 加工制造程序上提供了功能強(qiáng)大的輔助工具一 PRO/NC 加工制造模塊 。 使用戶可以利用 PRO/NC 將產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)幾何模型與計(jì)算機(jī)輔助制造 16 進(jìn)行整合，配合 NC 加工制造技術(shù)上所需要的各項(xiàng)加工參數(shù) ： 加工所需要 的模型、加工坯料、夾具、加工刀具、加工機(jī)床及各種加工參數(shù)等等，來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的各種加工工藝。 PRO/NC 多樣化的加工輔助制造程序設(shè)計(jì)工具，可以分別針對各類型加工機(jī)床 (兩軸半至五軸各型加工中心、兩軸及四軸車床、兩軸及四軸電火花線切割機(jī)等 )及各種加工方式 (銑、車、鉆、電火花加工等等 )，自動(dòng)產(chǎn)生適用于加工機(jī)床及加工刀具與控制器所需要的加工控制數(shù)據(jù)。利用輸出的加工控制數(shù)據(jù)可進(jìn)行實(shí)際加工，制造出所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品及零件模型。工程師利用 PRO/NC 設(shè)計(jì)好加工程序后，產(chǎn)生的加工刀具相對于加工坐標(biāo)的路徑數(shù)據(jù)稱為 CL DATA (CUTTER LOCATION DATA)。所得到的 CL DATA 可以利用PRO/NCCHECK 在計(jì)算機(jī)中模擬所設(shè)計(jì)的加工程序切削材料時(shí)的狀況，由此觀察廢料的產(chǎn)生及避免加工失敗。還可以協(xié)助制造工程師達(dá)到制造流程最佳化的目的，并檢驗(yàn)產(chǎn)品在進(jìn)行切削時(shí)的狀況。設(shè)計(jì)加工制造程序所產(chǎn)生的 CL DATA ，可經(jīng)由PRO/NCPOST 進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，得到適用于實(shí)際加工所需要的機(jī)械控制碼 (NCCODE)。所產(chǎn)生的 NC CODE 配合適當(dāng)?shù)墓ぞ呒凹庸C(jī)床，可以實(shí)際應(yīng)用 PRO/NC 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品加工制造工藝。 CATIA 軟件介 紹 CATIA 簡介 CATIA 應(yīng)該說是最高檔的 CAD/CAM 軟件，由法國 Dassault公司開發(fā)，后 Dassault 被美國的 IBM 公司收購。該軟件原運(yùn)行 17 于 IBM 的工作站上，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為 VM/CMS，現(xiàn)已成移植至個(gè)人PC，這又使這一 功 能強(qiáng)大的軟件的使用者更加廣泛。與 UG、EUCLID、 PRO/E 等相比，該軟件在曲面造型方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，應(yīng)該說是任何一個(gè) CAD 三維軟件所不能比的，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶等行業(yè)的復(fù)雜曲面造型設(shè)計(jì)中（據(jù)信現(xiàn)在國內(nèi)幾乎所有的飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院所都用 CATIA）。 CATIA軟件的曲面造型技術(shù)為這些行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)、方便、快捷的手段，使設(shè)計(jì)更趨完美，周期越來越短，極大地提高了開發(fā)效率。通過其豐富的產(chǎn)品線提供一個(gè)集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。為了保證其最大的靈活性， CATIA 在提供了面對復(fù)雜設(shè)計(jì)與仿真的CATIA P P3 平臺(tái)軟件的同時(shí)，還配備了面對相對簡單建模需求的 CATIA P1 平臺(tái) [2] 。 CATIA 是 CAD/CAM 業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者，其作為全球 CAD/CAM市場的領(lǐng)袖，有 20 年以上豐富的經(jīng)驗(yàn)，擁有大大小小 9000 多家客戶， IBM 的 CATIA 解決方案極大的提高了企業(yè)的競爭能力。 從概念設(shè)計(jì)到最終的產(chǎn)品， CATIA 廣泛的集成解決方案加快了產(chǎn)品開發(fā)的全過程。 CATIA 涵蓋的范圍是一個(gè)跨行業(yè)的解決方案，包括汽車、航空航天、消費(fèi)品、制造與裝配、工廠設(shè)計(jì)、火車及重型機(jī)械等，比其它任何 CAD/CAM 的產(chǎn)品都廣泛，它提供了一套全面的解決方案，可以建設(shè)一個(gè)完善而無縫的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境； （ 1） CATIA 的解決方案是一個(gè)可信賴的、經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的、 18 先進(jìn)的解決方案，具有象 IBM 等這樣幾十家工業(yè)巨頭將 CATIA作為核心設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)，更重要的是 CATIA 可以根據(jù)不同規(guī)模、不同應(yīng)用的企業(yè)定制完全適合本企業(yè)的 最佳解決方案； （ 2） CATIA 特有的并行工程能力，可使所有的設(shè)計(jì)者、制造廠及供應(yīng)商等都能共享相同的數(shù)據(jù)庫，大幅度降低生產(chǎn)改變時(shí)及修改零部件所需的費(fèi)用。 （ 3） CATIA 已成為世界工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，主流軟件。近年來，應(yīng)用于 CATIA 解決方案在商業(yè)應(yīng)用方面碩果累累，豐富的應(yīng)用軟件支持整個(gè)產(chǎn)品周期，從構(gòu)想、設(shè)計(jì)直到制造維護(hù)。并且CATIA 已成為工業(yè)界的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖制造商所用的核心系統(tǒng)。 （ 4） CATIA 在造型風(fēng)格、設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特長處，為各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供了端對端（ endtoend)的解決方案。CATIA 涉及生產(chǎn)、加工和人員三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。 （ 5） CATIA 的可伸縮性和并行工程的能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。 CATIA 軟件已成為世界各地設(shè)計(jì)師和工程師的設(shè)計(jì)最佳工具。 應(yīng)用 CATIA 軟件從事設(shè)計(jì)的技術(shù)人員前景： 由于 CATIA 軟件的強(qiáng)大 功 能，其已為越來越多的行業(yè)帶來巨大利潤，因此從事設(shè)計(jì)的人員薪水也極為可觀（目前特別是外企或私企的汽車行業(yè)），對個(gè)人而言，其發(fā)展前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軟件業(yè)（眾所周知，除極少數(shù)人外，大多從事軟件業(yè)者很難逃脫其年齡 19 瓶頸），是絕對金領(lǐng)。這也是眾多大專院校學(xué)生面對 日益激烈的就業(yè)競爭，可以增強(qiáng)競爭實(shí)力，把握自己未來的發(fā)展的一個(gè)強(qiáng)大工具。 本課題的意義和內(nèi)容 本文的選題背景是探討利用逆向工程這一先進(jìn)的制造技術(shù)手段來解決玩具汽車覆蓋件成形技術(shù)中的一些難題，縮短覆蓋件模具的制造周期，加速玩具汽車工業(yè)的發(fā)展。 本課題的工作主要有五個(gè)部分 ： 第一章介紹逆向工程的相關(guān)概念，及發(fā)展現(xiàn)狀； 第二章首先介紹逆向工程的測量技術(shù)，著重?cái)⑹鋈S激光掃描儀的測量原理； 第三章主要論述了基于 CATIA 的后處理技術(shù)； 第四章主要介紹了基于 Pro/E 的實(shí)設(shè)計(jì)及虛擬裝配； 第五章是總結(jié)部分，對全文進(jìn)行總的論述。 第二章 逆向工程中的測量技術(shù) 在產(chǎn)品開發(fā)中，以逆向方式處理的產(chǎn)品往往具有尺寸不易掌握的特性，這包括外觀的造型以結(jié)構(gòu)上的各種機(jī)構(gòu)的位置。也就是說，該產(chǎn)品數(shù)據(jù)不是以直接的繪制的方式就可獲得的。因此，逆向工程的第一任務(wù)就是如何獲得工程技術(shù)人員所要的點(diǎn)數(shù)據(jù)，以用于后繼的模型建構(gòu)。 20 測量方式 逆向工程所需要的測量按其特性及應(yīng)用，一般可分為兩大類 ：接觸式測量與非接觸式測量，下表列出它們的技術(shù)特點(diǎn)。 表 21 非接觸式與接觸式測量的比較表 21 測量方式 非接觸式 接觸式 測量精度 傳感器 測量速度 前置作業(yè) 工件材料 測量死角 誤差 10 100 P71 光電接收器件 100012021 點(diǎn) /秒 需噴漆，無基準(zhǔn)點(diǎn) 無限定 光學(xué)陰影處及光學(xué)焦距變化處 隨曲面變化大 1 um 開關(guān)器件 人工控制 設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)，校正基準(zhǔn)面 硬質(zhì)材料 工件內(nèi)部不易測量 部分失真 優(yōu)勢 ，曲面獲取容易 ； ； 、易碎、不可接觸 薄件、皮毛、變形細(xì)小等工作 ； ，不會(huì)傷害精密表面 ； 特定幾何 缺點(diǎn) ，無法判別特定的 幾何形狀 ； ，激光無法照到 的地方不易測量 ； 直， 則測量的誤差較大 ； ，速度慢 ； ； 度 ； 面磨損，影響光滑度 ； ，不易補(bǔ)償半徑 , 精度難以保證； ，形狀會(huì)影 響測量值 22 總上所述可知非接觸式測量用于表面不規(guī)則的曲面測測量，而接觸式用于規(guī)則的幾何體的測量。由于本課題研究的是屬于曲面形狀零件的汽車覆蓋件，經(jīng)比較選用非接觸式測量方式的激光測量。 非接觸式測量一般是基于三角法測量原理，可分為點(diǎn)接觸式、線 接觸式、面接觸式三種。非接觸式探頭一般用于不規(guī)則曲面的測量，因不規(guī)則曲面對于接觸式探頭的半徑補(bǔ)償相當(dāng)不易，而且測量速度相當(dāng)慢。 零件掃描過程 ATOS 掃描儀類型選用 ATOS 掃描儀有 4 種型號(hào) ： ATOS STD 型、 ATOS II 型、 ATOS III型、 ATOS1 四種。 23 圖 21 ATOS 掃描儀類型圖 顯然欲提高測量精度一定要減小儀器到被測物體之間的距離，但由于到儀器盲區(qū)的限制，不能無限縮小。這里選用 ATOS I。 ATOS 掃描儀掃描儀使用特點(diǎn) 該掃描儀體積小、重量輕尺寸 ： 寬 245mm、長 250mm、高80mm、 重量為 2 公斤， 可以架在攝影用的一般三腳架上工作。儀器接通電源后，通過一根 USB 電纜和計(jì)算機(jī)相連即可進(jìn)行工作。由于測量時(shí)對工件以及儀器沒有嚴(yán)格的定位要求，因此可以到達(dá)一些接觸式三坐標(biāo)測量儀難以到達(dá)的部位進(jìn)行測量，例如裝在汽車內(nèi)部或飛機(jī)內(nèi)部工作。由于是采用激光非接觸測量，因此也可以對柔軟物體表面進(jìn)行測量，一些薄板覆蓋件。 掃描范圍 24 不受限制，掃描速度快由于后續(xù)軟件具有點(diǎn)云拼接功能，可以非常容易實(shí)現(xiàn)對物體的整體 掃描。點(diǎn)云拼接功能使得我們可以通過旋轉(zhuǎn)被測物體或移動(dòng)儀器的位置來實(shí)現(xiàn)對工件的全面數(shù)據(jù)采集。故其測量范圍不受限制從而實(shí)現(xiàn)對大型工件的掃描。 圖 22 ATOS I 掃描儀總裝配圖 掃描定位 由于掃描從一開始就沒有定位某一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)方向，所以掃描的結(jié)果是以掃描儀中心為原點(diǎn)的空間自由坐標(biāo)系，這時(shí)的任何一點(diǎn)的三坐標(biāo)值都是相對的、過度的。因?yàn)槭褂谜呖梢酝ㄟ^后續(xù)軟件的強(qiáng)大功能將初始測得的空間自由坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)到自己要求的坐標(biāo)位置上去。這個(gè)過程極其方便，這時(shí)，點(diǎn)云上 25 任何一個(gè)點(diǎn)的三坐標(biāo)尺寸都可變換成使 用者所需的新坐標(biāo)系。 掃描儀對被掃物體表面的要求以及掃描角度的選取 該掃描儀對于激光無法到達(dá)的表面，如掃描儀無法進(jìn)入的深孔或內(nèi)腔無法進(jìn)行測量。因此該掃描儀不適合測量軸和孔的配合零件。被測物體的表面以白色亞光為最佳。 對于透明體和反光很強(qiáng)的物體必須經(jīng)過表面噴涂處理后，同樣可以進(jìn)行掃描。我們要求光束盡量與被測物體表面垂直，在士30 度范圍內(nèi)都是允許的。當(dāng)大于 30 度后采集到的數(shù)據(jù)雖可在后續(xù)軟件中得到適當(dāng)裁減，但會(huì)影響掃描數(shù)據(jù)的精確程度。 對控制掃描儀的計(jì)算機(jī)硬件配置要求 CPU： PIV 以上， 運(yùn)算速度 2. 0 GHz 顯卡內(nèi)存 ： 64 MB 內(nèi)存 ： 512MB 以上 硬盤 ： 40 GB 以上 操作系統(tǒng) ： WINDOWS 98/2021/NT/XP 本章小結(jié) 通過本章的研究，