機械專業(yè)畢業(yè)設計開題報告

時間：2020-11-29 13:55:28 畢業(yè)設計我要投稿

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　　通過畢業(yè)設計，學生可以綜合應用所學的各種理論知識和技能，進行全面、系統(tǒng)、嚴格的技術及基本能力的練習。下面我們來看一下相關的開題報告吧。

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　　機械專業(yè)畢業(yè)設計開題報告

　　題目：逆向工程在鼠標設計與制造中的應用

　　一、本課題研究的背景及意義

　　1、背景(課題涉及到的技術國內(nèi)外研究現(xiàn)狀)

　　逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據(jù)已存在的產(chǎn)品或零件原型構造產(chǎn)品或零件的工程設計模型，并在此基礎上對已有的產(chǎn)品進行剖析、理解和改進，是對已有設計的再設計。

　　從廣義講，逆向工程可分以下三類:

　　(1)實物逆向：它是在已有產(chǎn)品實物的條件下，通過測繪和分折，從而再創(chuàng)造;其中包括功能逆向、性能逆向、方案、結構、材質(zhì)等多方面的逆向。實物逆向的對象可以是整機、零部件和組件。

　　(2)軟件逆向：產(chǎn)品樣本、技術文件、設計書、使用說明書、圖紙、有關規(guī)范和標準、管理規(guī)范和質(zhì)量保證手冊等均稱為技術軟件。軟件逆向有三類:既有實物，又有全套技術軟件;只有實物而無技術軟件;沒有實物，僅有全套或部分技術軟件。

　　(3)影像逆向：設計者既無產(chǎn)品實物，也無技術軟件，僅有產(chǎn)品的圖片、廣告介紹或參觀后的印象等，設計者要通過這些影像資料去構思、設計產(chǎn)品，該種逆向稱為影像逆向。

　　目前，國內(nèi)外有關逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向，即重建產(chǎn)品實物的CAD，稱為實物逆向工程。

　　逆向工程的數(shù)據(jù)測量技術是通過特定的測量設備和測量方法獲取產(chǎn)品表面離散點的幾何坐標數(shù)據(jù)，將產(chǎn)品的幾何形狀數(shù)字化。

　　現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方法主要分為兩大類:

　　(1)接觸式數(shù)據(jù)采集方法接觸式數(shù)據(jù)采集方法包括使用基于力的擊發(fā)原理的觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集和連續(xù)式掃描數(shù)據(jù)采集、磁場法、超聲波法。

　　(2)非接觸式數(shù)據(jù)采集方法非接觸式數(shù)據(jù)采集方法主要運用光學原理進行數(shù)據(jù)的采集，主要包括:激光三角形法、激光測距法、結構光法以及圖像分析法等。

　　逆向工程的數(shù)據(jù)處理技術是逆向工程的一項重要的技術環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)CAD模型重建過程能否方便、準確地進行。根據(jù)測量點的數(shù)量，測量數(shù)據(jù)可以分為一般數(shù)據(jù)點和海量數(shù)據(jù)點;根據(jù)測量數(shù)據(jù)的規(guī)整性，測量數(shù)據(jù)又可以分為散亂數(shù)據(jù)點和規(guī)矩數(shù)據(jù)點;不同的測量系統(tǒng)所得到的測量數(shù)據(jù)的'格式是不一致的，且?guī)缀跛械臏y量方式和測量系統(tǒng)都不可避免地存在誤差。因此，在利用測量數(shù)據(jù)進行CAD重建前必須對測量數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)處理工作主要包括:數(shù)據(jù)格式的轉化、多視點云的拼合、點云過濾、數(shù)據(jù)精簡和點云分塊等。

　　逆向模型重建技術在整個逆向工程中，產(chǎn)品的三位幾何模型CAD重建是最關鍵、最復雜的環(huán)節(jié)。

　　目前使用的造型方法主要有：

　　(1)曲線擬合造型:用一個多項式的函數(shù)通過插值去逼近原始的數(shù)據(jù)，最終得到足夠光滑的曲面。

　　(2)曲面片直接擬合造型該方法直接對測量數(shù)據(jù)點進行曲面片擬合，獲得曲面片經(jīng)過過渡、混合、連接形成最終的曲面模型。

　　(3)點數(shù)據(jù)網(wǎng)格化網(wǎng)絡化實體模型通常是將數(shù)據(jù)點連接成三角面片，形成多面體實體模型。

　　2、意義

　　隨著計算機技術的發(fā)展，CAD技術已成為產(chǎn)品設計人員進行研究開發(fā)的重要工具，其中的三維造型技術已被制造業(yè)廣泛應用于產(chǎn)品及模具設計、方案評審、自動化加工制造及管理維護各個方面。在實際開發(fā)制造過程中，設計人員接收的技術資料可能是各種數(shù)據(jù)類型的三維模型，但很多時候，卻是從上游廠家得到產(chǎn)品的實物模型。設計人員需要通過一定的途徑，將這些實物信息轉化為CAD模型，這就應用到了逆向工程技術(Reverse Engineering)。

　　逆向工程技術與傳統(tǒng)的正向設計存在很大差別。而逆向工程則是從產(chǎn)品原型出發(fā)，進而獲取產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，使得能夠進一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先進技術對其進行處理。不同之處在于設計的起點不同，相應的設計自由度和設計要求也不相同。一般來說，產(chǎn)品逆向工程包括形狀反求、工藝反求和材料反求等幾個方面，在工業(yè)領域的實際應用中，主要包括以下幾個內(nèi)容：

　　(1)新零件的設計，主要用于產(chǎn)品的改型或彷型設計。

　　(2)已有零件的復制，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設計意圖。

　　(3)損壞或磨損零件的還原。

　　(4)數(shù)字化模型的檢測，例如檢驗產(chǎn)品的變形分析、焊接質(zhì)量等，以及進行模型的比較。

　　逆向工程技術為快速設計和制造提供了很好的技術支持，它已經(jīng)成為制造業(yè)信息傳遞的重要而簡潔途徑之一。

　　二、本課題的文獻綜述

　　1、逆向工程

　　1980年始歐美國家許多學校及工業(yè)界開始注意逆向工程這塊領域。1990年初期包括臺灣在內(nèi)，各國學術界團隊大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果。逆向工程的硬件最早是運用仿制加工設備，制作出來的成品品質(zhì)粗糙。后來有接觸式掃瞄設備，運用探針接觸工件取得產(chǎn)品外型。再來進一步開發(fā)非接觸式設備，運用照相或激光技術，計算光線反射回來的時間取得距離。

　　逆向工程軟件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向軟件的演進約略可區(qū)分為三個階段。十一年前在逆向工程上，只能運用CATIA等CAD/CAM高階曲面系統(tǒng)。市場后來發(fā)展出兩套主流產(chǎn)品約在七、八年前技術成熟，廣為業(yè)界引用。到最近四年來，發(fā)展出不同以往的逆向工程數(shù)學邏輯運算，速度快。

　　目前，逆向工程，逆向工程的應用已從單純的技巧性手工操作，發(fā)展到采用先進的計算機及測量設備，進行設計、分析、制造等活動，如獲取修模后的模具形狀、分析實物模型、基于現(xiàn)有產(chǎn)品的創(chuàng)新設計、快速仿形制造等。軟件的逆向工程是分析程序，力圖在比源代碼更高抽象層次上建立程序的表示過程，逆向工程是設計的恢復過程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數(shù)據(jù)結構、體系結構和程序設計信息。

　　2、三維造型：

　　三維造型: CAD的三維造型有三種層次的建立方法，即線框、曲面和實體，也就是分別對應于用一維的線，二維的面和三維的體來構造形體。通過計算機輔助設計建立的立體的、有光的、有色的生動畫面，虛擬逼真地表達大腦中的產(chǎn)品設計效果，比傳統(tǒng)的二維設計更符合人的思維習慣與視覺習慣。三維造型技術從最初的三維CAD已發(fā)展到目前專用的基于特征造型的三維軟件，常用軟件有UG、SolidWorks、SolidEdge、MDT、Pro/E、3DS max等。

　　3、快速成型：

　　快速成型(RP)技術是九十年代發(fā)展起來的一項先進制造技術，是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務的一項關鍵共性技術，對促進企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用。自該技術問世以來，已經(jīng)在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛應用，并由此產(chǎn)生一個新興的技術領域。

　　RP技術是在現(xiàn)代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數(shù)控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上集成發(fā)展起來的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是"分層制造，逐層疊加"，類似于數(shù)學上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺"立體打印機"。

　　參考文獻：

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　　三、課題研究的方法及內(nèi)容

　　本課題是逆向工程在鼠標設計與制造中的應用，本設計選用UG軟件根據(jù)鼠標的點云數(shù)據(jù)進行鼠標的模型重建并用FDM對其進行快速成型加工的過程，在根據(jù)點云逆向設計中，結合設計需要進行了必要的正向設計修正，以得到理想的設計結果。

　　設計內(nèi)容貫徹數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)項預處理、文件讀取、邊界提取、曲面重構、實體生成、STL模型重構、快速成型機的操作和注意事項，并對建模過程及STL文件處理做了系統(tǒng)的論述。選用UG NX4.0軟件的Unigraphics CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一個基于過程的產(chǎn)品設計環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)從設計到加工真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設計與制造。由INSIGHT軟件進行的數(shù)據(jù)切片處理可直接傳送快速成型機，無需進行其他處理。

　　四、研究方案的具體設計

　　1、實體三維數(shù)據(jù)的獲得——掃描;

　　2、點云處理;

　　3、曲面重構;

　　4、實體建模：

　　(1)模型分析

　　(2)曲面造型

　　(3)實體外形修改

　　(4)各部件建模

　　(5)部件的裝配與干涉檢驗

　　5、基于INSIGHT快速成型切片的數(shù)據(jù)處理;

　　6、快速成型加工操作。