反求技术在模具设计与制造中的应用研究

论文摘要

本文针对国内外反求工程的发展应用情况,以三坐标测量机为反求工程中数字化设备的研究工具。以尽可能的使原始几何参数得到还原为宗旨,对如何限定反求工程中的误差及快速准确的曲面建模进行了深入研究。探讨了自由曲面反求中拟合精度和测量效率的问题,通过数控实验平台实现了以自由曲面为主的模具产品模型实物反求及其数控加工的CAD/CAM集成制造,围绕曲面建模、3轴数控粗加工刀具轨迹的生成进行了一系列的研究,主要包括以下几方面的工作: 1.针对测量过程中存在的误差,对三坐标测头、测量方式的选取、测量步距的选择以及测量原理进行了研究,并提出基于点位探测模式的新方法。 2.针对曲线、曲面造型理论在实际应用中存在的问题,利用三坐标测量机对工业产品实物进行了描述和验证;采用不同方案进行了曲线拟合实验,得出基于NURBS曲线曲面造型理论的优越性;同时研究在Pro/E软件平台上以自由曲面为主的产品模型实物反求技术。 3.分析了当前曲面三坐标数控加工存在的问题,研究了基于Mastercam软件平台上针对实际反求得到的毛坯零件的NC编程及仿真,并最终在数控铣床上加工出模型产品。

论文目录

第一章绪论

1.1 引言

1.2 快速实物测量概述

1.2.1 三坐标测量及测头

1.2.2 测量方法概述

1.2.3 数据获取方法分析与对比

1.3 快速几何建模技术

1.3.1 曲线曲面造型技术

1.3.2 几种商用反求工程（或模块）分析

1.4 快速加工技术

1.4.1 CAD／CAM和数控加工

1.4.2 CAD／CAM系统的发展趋势

1.5 课题研究背景及内容

1.5.1 课题研究背景

1.5.2 课题研究主要内容

1.6 本章小结

第二章三坐标测量系统与测量方式分析

2.1 引言

2.2 三坐标测量机硬件系统和软件系统介绍

2.2.1 硬件部分

2.2.2 软件部分

2.3 基于反求工程的测量原理与方法

2.3.1 非接触式测量

2.3.2 接触式测量

2.3.3 测量模型举例

2.4 本章小结

第三章曲线曲面建模理论

3.1 曲线曲面的参数表示

3.2 B样条函数数学表示

3.2.1 B样条曲线数学表示

3.2.2 B样条曲面数学表示

3.3 NURBS曲线曲面

3.3.1 NURBS方法提出

3.3.2 NURBS曲线曲面的优点

3.4 NURBS曲线曲面造型技术

3.4.1 概述

3.4.2 权因子修改

3.4.3 曲线设计修改

3.4.4 曲面造型

3.5 本章小结

第四章离散数据点的拟合误差及分析

4.1 引言

4.2 曲线拟合方案分析

4.2.1 曲线段数、次数与点数关系

4.2.2 曲线的构造方法

4.3 曲线拟合计算机仿真

4.3.1 曲线拟合结果

4.3.2 曲线拟合误差与拟合点个数关系

4.3.3 曲线拟合误差与拟合点分布关系

4.4 曲线拟合实验

4.4.1 样条曲线的拟合实验

4.4.2 圆的拟合实验

4.5 本章小结

第五章基于反求工程的模具曲面建模技术研究

5.1 反求技术的结构体系

5.2 实验实施条件

5.2.1 测量方法选择

5.2.2 软件选择

5.2.3 设计思想

5.2.4 曲面重建技术及造型软件选择

5.3 关键技术

5.3.1 三坐标测量

5.3.2 LMS系统测量软件简介

5.3.3 样品测量过程

5.3.4 测量过程应注意的问题

5.3.5 鼠标反求设计

5.3.6 精致玩具跑车的反求设计

5.3.7 跑车上盖凹模的设计

5.3.8 手机外壳模具反求设计

5.4 反求工程工作中应该注意的问题

5.5 本章小结

第六章 NC编程原理及刀位计算

6.1 CAM体系结构

6.2 NC原理

6.2.1 数控系统的组成及其插补运算

6.2.2 数控加工编程的坐标系统

6.2.3 数控加工常用刀具

6.2.4 刀具半径补偿和长度补偿

6.3 NC编程

6.3.1 基于点、线、面和体的NC刀轨生成方法

6.3.2 基于特征的NC刀轨生成方法

6.4 毛坯零件粗加工的关键技术

6.4.1 粗加工的发展

6.4.2 常见粗加工方法及特点

6.4.3 粗加工编程常用术语

6.4.4 曲面三坐标数控加工计算

6.4.5 基于反求工程的模具零件加工实例

6.4.6 曲面三坐标加工局限性

6.4.7 曲面四、五坐标加工计算

6.5 本章小结

第七章总结与展望

7.1 对论文工作的总结

7.2 展望

参考文献

附录作者在攻读工程硕士学位期间发表的论文

致谢

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