先进制造技术-第三次教案(共6页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上教案授课时间月 日 至 月 日课时数授课方式理论课 讨论课 习题课 实验课 上机课 技能课 其他授课单元第二章 现代设计技术（ 第二节 反求工程设计技术）目的与要求1掌握反求工程设计的基本步骤2. 掌握反求工程设计中涉及的关键技术3. 了解反求工程的分类和实物反求工程的应用重点与难点重点：反求工程设计的基本步骤和涉及的关键技术难点：反求工程设计所涉及的关键技术主要内容第二节 反求工程（Reverse Engineering,RE）反求工程的含义：新产品开发的模式；反求工程分类；实物反求工程；实物反求工程的应用反求工程设计的基本步骤反求工程的关键技术：反求对象分析；反求

2、对象的几何参数采集；模型重构技术教学方法手段（教具）讲授；多媒体和板书相结合；启发式和讲解式、引导式和提问式教学方法参考资料1.盛晓敏著先进制造技术北京：机械工业出版社，2000。2.孙大涌著先进制造技术北京：机械工业出版社，1999。3.张根保著先进制造技术重庆：重庆大学出版社，1996。 4.中国机械工程、机械工程学报、制造技术与机床等科技核心期刊。思考题、作业 讲稿第二章 现代设计技术第二节 反求工程（Reverse Engineering,RE）1.反求工程的含义1）新产品开发的模式 正向工程: 是根据零件最终所承担的功能，从无到有，从概念设计出发，进行功能设计和详细设计，最终完成产品

3、开发和制造零件。见下图： 反向工程（反求工程、逆向工程）: 是从产品的有关信息（实物、软件和影像等）寻找这些信息的科学依据，加以消化和吸收，再现出产品，产品的CAD模型是在这些信息的基础上建立的。见下图：2）反求工程分类根据产品信息的来源不同分为： 实物反求产品的实物模型； 软件反求图样、数控程序、技术文件； 影像反求图片、照片或影像等。3）实物反求工程是在没有CAD模型和没有设计图纸或者设计图纸不完整的情况下， 按照现有零件的实物模型，利用各种数字化技术及 CAD 技术重新构造样件CAD模型的过程。以CAD/CAM软件为基础的反求工程应用越来越广泛，基本过程是：测量，将所获得的特征数据借助于

4、计算机重构反求对象模型，对重建的模型进行创新改进、分析，进行数控编程，快速加工出产品。 反求工程的目的是完成反求对象的仿制和改进。4）实物反求工程的应用（1）在没有原始设计 CAD 模型和没有设计图纸或者设计图纸不完整的情况下 ，在对实物进行测量的基础上重构其CAD模型或进一步生成零件的设计图纸，并以此为依据生成数控加工的NC代码或应用快速原型技术，加工复制出一个相同的零件；（2）在新产品的开发中， 当设计需要通过实验测试或外观美学评估才能定型的工件模型时，通常先制造出该产品的油泥模型或木质模型，然后对这个油泥模型或木质模型应用反求工程获取该产品的CAD模型；（3）在批量生产中，每个产品的外形

5、都有着细微的差异这时通过反求工程建立的CAD模型，可以作为工业检测的重要依据；（4）艺术品、考古文物的复制；（5）人体中骨头和关节等的复制、假肢的制造（6）特种服装、头盔的制造，要以使用者的身体为原始设计依据，用RE建立人体的几何模型反求工程的实现需要多种途径和手段，涉及影响因素，如：信息源的形式；反求对象的形状、结构和精度要求；制造企业的软件、硬件条件及工程技术人员的素质。 反求工程不同于一般常规产品的仿制，一般采用此技术开发的产品往往比较复杂，一般都由复杂曲面构成，精度要求也高，所以必须借助于计算机辅助（CAX）技术手段。2. 反求工程设计的基本步骤（1）分析阶段 反求对象的功能原理、结构

6、形状、材料性能、加工工艺。明确其关键功能和关键技术。通过分析可以确定实物的技术指标和几何元素之间的拓扑关系；（2）再设计阶段 根据分析结果和实物模型的几何元素拓扑关系，制定零件的测量规划，确定测量设备、测量顺序和精度等； 修正测量数据，剔除测量数据中的坏点、明显不合理的测量结果； 按照修正后的测量数据以及反求对象的几何元素托仆关系，利用CAD系统，重构几何模型； 再设计，创新和改进。（3）反求产品的制造阶段 按通常的制造方法，完成制造，并采用一定的检测手段，进行结构和功能检测，修改设计。3. 反求工程的关键技术（1）反求对象分析 根据实物，分析其功能、原理、材料性能、加工工艺等。是反求工程成败

7、的关键。1）反求对象的功能及原理分析 分析了解实物所具有的功能，以及实现功能的原理和方法，获得原理方案。2）反求对象的材料分析 材料成分的分析，材料组织结构分析和材料的性能检测等。3）反求对象的加工、装配工艺分析 对反求对象进行分析，怎样加工和装配来保证其性能要求。4）反求对象的精度分析 产品精度直接影响到产品性能。包括反求对象形体尺寸的确定和精度分配等。进行精度分配时，需考虑产品的精度指标，技术条件和工作原理，企业的生产技术水平和国家技术标准等。5）反求对象的造型分析 造型设计运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理，对产品外形，色彩，质地，提高外观质量，舒适性及方便性。6）反求对象的系列

8、化、模块化分析 系列化和模块化有利于产品的多品种、多规格和通用化设计，以提高质量，降低成本。（2）反求对象的几何参数采集 是一个关键环节。根据反求对象，确定其形体的尺寸。实物反求中，确定形体尺寸，可以采用的手段有： 以圆规、卡尺、千分尺等简易测量工具进行手工测量； 采用机械接触式坐标测量设备； 采用激光、数字成像、声学等非接触测量设备。此方法能得到较为精确模型数据，但相应的测量设备也较昂贵，对技术人员的要求也高。 目前，实物反求中的形体几何参数测量方法主要有以下方法：接触式测量是通过传感头与实物接触而记录实物表面的坐标位置，可分为点接触式数据采集和连续式数据采集。探针尖逐点移动是点接触式数据采

9、集。采样头连续移动是连续式数据采集。接触式测量精度一般较高，但测量速度效率较低。 三坐标测量机CMM（3D-Coordianate Measure Machine）是一种接触式测量设备。测量精度高可达0.5微米。不适合大块曲面的大量点的测量，也不能对橡胶、黏土、弹塑性材料、超薄材料进行测量。非接触式测量主要有基于光学、声学、磁学等原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为实物表面的坐标点。 结构光法，是将条形光、栅格光投影到被测物体表面，并捕捉被曲面反射后的图像，通过图像的分析获得三维点的坐标。 激光测距法，是将激光束的飞行时间转化为被测点与参考平面之间的距离。 声纳测量仪，利用声音发射到被

10、测物体后产生回声的时间差来计算与被测点的距离。 逐层扫描测量方法有非破坏性测量和破坏性测量两种：破坏性测量有CGI，是美国的公司的，逐层除去材料的方法，获得界面图像，来得到轮廓尺寸。（3）模型重构技术模型重构，就是根据所采集的实物几何数据在计算机内重构实物模型的技术。 测量后的数据，一般都是点云，常达几十万甚至上百万个数据点。重构过程就是采用适当的算法将集中的三个测量点连成小三角片，各个三角片之间不能有交叉、重叠、穿越或存在缝隙，从而使众多的小三角片连接成分片的曲面。 1）数据预处理 数据量极大，并包含一些噪声数据。对原始数据进行过滤、筛选、去噪、平滑和编辑等操作。 2）网格模型生成通过适当的

11、方法生成三角网格模型。可以开发配套的专用模型重构软件，也可采用通用的反求工程模型重构软件生产网格模型。 3）网格模型后处理 小三角面片数量较大，在精度允许的范围内，有必要对三角网格简化。孔洞、缝隙和重叠等缺陷，需要对其进行修补。目前，已有商品化的反求工程软件进行反求模型重构： 美国Imageware公司的Surfacer软件 英国Delcam公司的Copycad软件 美国Raindrop公司的Gemgic studio软件 一些主流的CAD/CAM软件系统中也有反求工程模块： UG中的Pointcloud PRO/E中的Pro/Icem surf、Pro/designer、Pro/scantools Cimatron中的Reverse engineering 国内也有软件开发：浙江大学、华中科技大学、南京航空航天大学、西安交通大学。教学后记：专心-专注-专业