基于逆向工程技术的爬行士兵玩具外壳模具设计.doc
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1、 诚 信 声 明本人声明:1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果;2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论文)中不包含其别人已经公开发表过的研究成果,也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料;3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、可信。作者署名: 日期: 2023 年 06 月 03日毕业设计(论文)任务书 题目:基于逆向工程技术的爬行士兵玩具外壳模具设计 姓名 学院 机械工程学 专业 机械设计制造及其自动化 班级 学号指导老师 职称 副专家 教研室主任 一、 基本任务及规定:1.使用3DSS三坐标扫描仪,结合
2、3dsstd测得玩具外壳表面点云数据 2.用Geomagic对点云数据解决,构建爬行士兵玩具外壳表面模; 3.运用UG软件完毕玩具外壳零件的文献建模,并应用快速成型技术造型; 4.应用UG MoldWizard分模,完毕爬行士兵外壳塑料模具设计; 5.应用Moldflow软件实现注塑模流分析并优化设计; 6.完毕模具装配图及重要零部件图,不少于三张一号图纸工作量,按照规定撰写设计论文; 二、 进度安排及完毕时间:1准备阶段。时间:时间:2023-12-62023-12-26 了解设计内容,搜集有关技术文献资料,自学CAD/CAM软件和相关设计技术。 2拟定设计方案。时间:2023-12-272
3、023-1-23 完毕文献综述和开题报告,提出解决课题问题的初步方案,并对方案优、缺陷进行比较, 分析实行可行性,按实际条件拟定实行方案。 3. 设计及实验。时间:2023-2-212023-5-20 应用UG完毕曲轴锻造模具设计,运用CAE技术对曲轴锻造模具重要零部件分析,优化结构 并进行加工仿真,借助毕业实习环节完善设计。 4. 撰写毕业设计说明书。时间:2023-5-212023-6-5 按湖南工程学院毕业设计说明书相关标准规定撰写毕业设计说明书。 5毕业答辩工作。时间:2023-6-72023-6-10 6. 毕业设计整改。时间:2023-6-112023-6-20 目 录摘要IAbs
4、tractII第1章 绪论11.1 逆向工程简介11.1.1 逆向工程的概念11.1.2 逆向工程的现状及应用21.1.3 逆向工程的一般环节31.2 测量工具3DSS扫描仪介绍41.3 Geomagic软件介绍41.4 UGNX6.0软件介绍51.5 UG MoldWizard概述61.6 Molflow简介61.5 本课题的意义7第2章 逆向工程中的测量技术82.1 测量方式82.2 扫描设备及扫描软件界面介绍92.3 零件扫描过程122.4 本章小结14第3章 逆向工程的后解决153.1 逆向工程的后解决153.1.1 逆向工程后解决的规定153.1.2 点云数据解决163.1.3 三角
5、形网格曲面编辑解决163.1.4 快速曲面重建的曲面阶段173.1.5 栅格化并NURBS拟合成CAD模型183.2 曲面重构具体过程183.3 UG环境下的实体建模223.3.1 曲面缝合223.3.2 塑件特性设计233.4 本章小结23第4章 Moldflow模流分析244.1 最佳浇口位置分析244.2 塑件流动性分析244.2.2 气穴的分布254.2.3 注射压力与锁模力变化曲线264.2.4 V/P切换时压力分析264.3 本章小结27第5章 玩具外壳模具设计285.1 塑件的成型工艺分析285.1.1 原料分析285.1.2 塑件的结构、精度、质量分析285.2 型芯型腔的创建
6、285.2.1 产品分析285.2.2 项目初始化295.2.3 建立模具坐标系295.2.4 工件设立305.2.5 选择制品的分型面305.2.6 创建分型线和分型面315.2.7 创建型芯和型腔325.3 成型设备的选择325.3.1 拟定制品的成型方法325.3.2 计算制品体积、质量以及制品的正面投影面积325.3.3 预选注射机的型号335.4 浇注系统设计335.4.1 主流道设计335.4.2 分流道的设计345.4.3 浇口的设计355.5 模具的结构方案及尺寸的拟定365.6 溢流、排气系统的设计375.7 脱模机构设计385.8 冷却系统的设计395.9 注射机有关工艺参
7、数校核40小结41参考文献42致谢43基于逆向工程技术的爬行士兵玩具外壳模具设计摘要:本文研究了逆向工程的关键技术,并应用于爬行士兵玩具外壳的模型重建以及玩具外壳的模具设计。爬行士兵玩具外壳的外形曲面复杂,根据玩具爬行士兵的特点,采用逆向工程方法完毕模型重建工作。采用3DSS扫描仪高效率、高精度地完毕玩具玩具爬行士兵的点云数据获取工作;应用Geomagic软件完毕爬行士兵玩具外壳的点云数据解决工作;以UG软件软完毕玩具外壳模型的重构工作并用UG MoldWizard进行模具设计。关键词: 逆向工程; 曲面构造; 模具设计 The Mold Design Of Crawling Solider
8、Toy Shell Bassed On Reverse EngineeringAbstract:The key techniques of reverse engineering are researched and applied to crawling soldiers toy shell in this thesis.The surface appearance of crawling soldiers toy shell is very complex .According to the characteristics of crawling soldiers,using revers
9、e engineering method can complete the model reconstruction work. Scanner can high-efficiency, high-precision complete the crawling toys point cloud data acquisition of soldiers.Using Geomagic software complete the processing work of crawling soldiers point cloud data .With UG software complete the r
10、econstruction of the toy shell and use UG MoldWizard for mold design. Key words: Reverse Engineering; Surface structure; Mold design 第1章 绪论1.1 逆向工程简介1.1.1 逆向工程的概念 逆向工程(反求工程)是运用对实物测量的数据重新构造实物的计算机模型,然后运用CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术进行分析、再设计、数控编程等操作,而后进行加工。逆向工程现已发展为CAD/CAM中一个相对独立的范畴。通过实物模型产生CAD模型,可以使产品设计充足运用CAD技
11、术的优势,并适应智能化、集成化的产品设计制造过程中的信息互换。实行逆向工程可以充足发挥先进的测量设备的优越性,使其既可以作为CAD/CAM系统所需要的三维输入装置,又可以作为CAD/CAM系统解决后的误差检测评估装置,从而提高工业产品的设计,制造自动化限度,缩短产品的试制开发周期,减少生产成本。将逆向工程技术定义为没有工程图纸的情况下,对物体的实物模型进行测量,通过对测量信息的分析和解决来反求其CAD模型的过程。在这一意义下,逆向工程可以定义为:是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术和几何模型重建技术的总称。逆向工程是综合性很强的术语,它是以设计方法学为指导,以现代设计理论、方法、技术为基础
12、,运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维,对已有新产品进行解剖、深化和再发明,是对已有设计的设计,特别强调再发明是反求的灵魂。从工程应用的目的出发,将反求工程的研究领域拓宽到工艺、材料、原理等方面的反求,是广义上的反求。应当看到逆向工程有其独特的共性技术和内容,还是一门新兴的交叉学科分支。现行产品中的各种复杂高新技术,在逆向工程中都会碰到如何消化吸取并加以改善和提高。所以对于新兴技术的理解、消化和推广上,逆向工程作用十分巨大。现代人们通称的设计一般均指正向设计。它根据市场需要提出目的和技术规定,使设计意图变为产品。如何合理运用别人的设计思想,加快自身产品更新换代的能力,是在市场竞争日益
13、剧烈的今天站稳脚跟,连续发展的关键。事实上,在设计制造领域,任何产品的问世,涉及创新、改善和仿制,都蕴含着对已有科学、技术的应用和借鉴改善。可以看出,反求思维在工程中的应用己源远流长,然而提出这种术语并作为一门学问去研究,则出现于60年代,逆向工程是各国技术进步、发展,特别是发展中国家迅速改变技术落后状况,提高综合设计、决策水平、制造水平,赶超世界先进水平的迅捷之路。战后日本工业恢复的需要使其一方面对逆向工程进行了较早的研究,日本提出“第一台引进,第二台国产化,第三台出口”的标语,用了近二十年时间迅速崛起成为世界经济强国就是一个生动的历史证明。1.1.2 逆向工程的现状及应用 逆向工程是近年来
14、发展起来的消化、吸取和提高先进技术的一系列分析方法以及应用技术的组合,其重要目的是为了改善技术水平,提高生产率,增强经济竞争力。世界各国在经济技术发展中,应用逆向工程消化吸取先进技术经验,给人们有益的启示。据记录,各国百分之七十以上的技术源于国外,逆向工程作为掌握技术的一种手段,可使产品研制周期缩短百分之四十以上,极大提高了生产率。因此研究逆向工程技术,对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高,具有重大的意义。逆向工程的应用领域大体可分为以下几种情况:1. 在产品仿制中的应用 有时,拟合制作的产品没有原始的设计图档,而是由委托单位交付样品或实物模型,请制作单位复制。传统的复制方法是用立体雕刻机
15、或三轴仿形铣床以1: 1的比例制作模具,再生产产品。这种方法属于模拟型复制,其缺陷是无法建立工件尺寸图档,因而也无法用现有的CAD软件对其进行修改,故已渐为新型的数字化逆向工程系统所取代。在这种情况下,在对零件原形进行三维反求的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型,并以此为依据生成数控加工的NC代码,加工复制出一个相同的零件。2. 在新产品设计中的应用 随着工业技术的发展以及经济的发展,消费者对产品的规定越来越高。为赢得市场竞争,不仅规定产品的功能先进,并且规定外形美观。而在造型中针对产品外形的美学设计,已不是传统训练下的机械工程师所能胜任的。一些具有美工背景的设计师们可运用CAD技术构想创新
16、的美观外形,再以手工方式塑造出模型,如木模、石膏模、粘土模、胶模、工程塑胶模、玻璃纤维模等,然后再以三维测量的方式建立曲面模型。在美学设计特别重要的领域,例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果,而不采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法,此时需用逆向工程的设计方法。3. 在旧产品改善中的应用 在对旧产品改善时,有时并没有零件的CAD模型,因此需要运用逆向工程技术建立产品的几何模型,然后再运用传统的CAD软件对原设计进行改善。当要设计需要通过实验测试才干定型的工件模型时,通常采用逆向工程的方法。比如航天航空领域,为了满足产品对空气动力学等规定,一方面规定在初始
17、设计模型的基础上通过各种性能测试(如风洞实验等)建立符合规定的产品模型,这类零件一般具有复杂的自由曲面外型,最终的实验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。4. 在RPM (Rapid Prototyping Manufacturing,快速原型制造)中的应用 快速原型制造(又称RP技术)是80年代后期兴起的一种基于材料累加法的高新制造技术,被认为是近2023来制造领域的一次重大突破。RPM综合了机械、CAD,数控、激光以及材料科学等各种技术,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,用以对产品设计进行快速评估、修改及功能实验,大大缩短了产品的研制周期。
18、而以RP系统为基础的快速工装模具制造(Quick Tooling/Molding)和快速精铸技术(Quick Casting)等则可实现零件的快速制造(Quick Manufacturing)。 为应用该项技术,一方面应当有产品的三维几何模型。尽管己经出现了许多成功的三维CAD软件,但运用这些软件建立一个复杂的零件模型,仍相称费时。有时工程界提供的是实物,需要由实物制造模具或作设计上的改善,因此在RPM中经常运用逆向工程技术来建立产品的几何模型。此外,在计算机图形和动画、工艺美术和医疗康复工程等领域,也经常需要根据实物快速建立物体的三维几何模型。另一个重要的应用如修复破损的艺术品或缺少供应的损
19、坏零件等,此时不需要对整个零件原型进行复制,而是借助逆向工程技术抽取零件原形的设计思想,指导新的设计.这是由实物逆向推理出设计思想的一种渐近过程。因此,逆向工程技术在这些领域中也具有重要的应用价值。1.1.3 逆向工程的一般环节逆向工程一般可分为四个阶段: 1.零件原形的数字化通常采用三坐标测量机(CMM)或激光扫描等测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。 2.从测量数据中提取零件原形的几何特性按测量数据的几何属性对其进行分割,采用几何特性匹配与辨认的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特性。3.零件原形CAD模型的重建将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面 模型的拟合,并通过各表面片
20、的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。 4.重建CAD模型的检查与修正采用根据获得的CAD模型重新测量和加工出样品的方法来检查重建的CAD模型是否满足精度或其他实验性能指标的规定,对不满足规定者反复以上过程,直至达成零件的设计规定。1.2 测量工具3DSS扫描仪介绍 3DSS系列三位扫描仪是上海数造机电科技有限公司研发生产的三位数字化设备,产品又分为单目和双目两大类。它能对物体进行高速、高密度扫描,输出三维点云供进一步后期解决。3DSS的基本原理:扫描时光栅投影装置投影数幅特定编码的机构光到待测物体上,成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图像,然后对图像进行解码和相位计算,并运用匹配技术,三
21、角形扫描原理,解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。采用这种测量原理,使得对物体进行照相测量成为也许。3DSS具有自动标定、参考点辨认与测量、点云扫描、多幅扫描拼合功能;系统包含扫描硬件和扫描软件。硬件涉及电脑、两个摄像头、投影装置、三角架;软件对CCD和投影装置进行实时采集和控制,对采集的图像进行软件解决,生成三维点云,并能进行三维显示。输出点云文献,可用Surfacer、Imageware、Gemagic等软件进行进一步解决。1.3 Geomagic软件介绍 Geomagic Studio是由美国雨滴公司研发的逆向工程应用软件,它以先进的数学模型、曲面构建理论为基础,能快速地整理曲面
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