面向制造的车钩几何反求方法研究

论文摘要

车钩是实现车辆牵引连挂,传递车辆之间牵引力、制动力,缓和纵向冲击力的一个重要装置。目前,我国在牵引连接技术方面和世界先进水平存在较大的差距。为更快地消化吸收国外高速重载车钩的关键技术,实现国产化设计,缩短与世界先进水平的差距,本课题在高速重载车钩国产化研究过程中引入了反求工程技术,通过深入研究车钩实物样件的3D几何模型重建关键技术,重建车钩的设计模型。面向制造的设计(DFM)是并行工程中最重要的研究内容之一。即产品设计与工艺设计并行进行的一种设计方法。DFM是在设计阶段尽早考虑与制造有关的约束(如:可制造性),全面评价产品设计和工艺设计,并提供改进的反馈信息,及时改进设计,保证产品设计,工艺设计和制造一次成功,以达到降低产品成本,提高产品质量,缩短产品开发周期的目的。传统的反求工程技术路线侧重对反求实物的三维模型重建,而对所设计的模型的可制造性考虑不够,严重地话可能会使反求模型难以制造,失去反求意义。反求工程由数据获取、数据预处理与模型重建三个主要部分组成。数据获取是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据,将产品的几何形状数字化。本文首先对当前数字化技术和数据预处理技术展开了系统地研究。结合对零件的特征分析,确定了车钩零件表面数据采集选用ROMER2020型6轴坐标测量机用点位测量和扫描测量相结合的方法。数据预处理的工作主要包括数据格式的转化、数据点集间的拼接、数据平滑、数据精简和数据分块等,是反求工程的一项重要的技术环节,它决定了后续CAD模型重建过程能否方便、重建的模型能否满足应用需求。模型重建的目的是寻找某种数学描述形式,在满足给定精度的条件下、简洁有效地描述一个给定物理模型的形状,并在此基础上对模型本身进行分析、计算、修改和绘制。通过对上述关键技术的研究实现了面向制造的车车钩钩体零件的反求设计。本文重点研究了基于特征与约束的Pro/E模型重建方法,结合正向设计还原特征和约束。并在基于特征和约束的建模基础之上,提出了一种结合imageware和Pro/E两个造型软件模型重建的DFM方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 反求工程背景
• 1.1.1 反求工程背景
• 1.1.2 反求工程的技术体系
• 1.1.3 反求工程的应用范围
• 1.2 反求工程国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本课题的反求工程技术平台
• 1.4 课题来源及研究的内容与意义
• 1.4.1 课题来源与内容
• 1.4.2 课题研究的意义
• 本章小结
• 第二章 反求工程数据采集的理论与方法
• 2.1 数据采集
• 2.1.1 接触式测量方法
• 2.1.2 非接触式测量方法
• 2.1.3 接触式与非接触式测量系统特点分析
• 2.1.4 各种测量方法的比较
• 2.2 基于CMM 的数据采集关键技术
• 本章小结
• 第三章 反求工程数据预处理理论与方法
• 3.1 测量数据的格式转换
• 3.2 多视数据对齐定位
• 3.3 测量数据的半径补偿
• 3.4 噪声点滤除
• 3.5 数据精简
• 3.6 点云分块
• 本章小结
• 第四章 反求工程模型重建的理论与方法
• 4.1 曲线拟合造型
• 4.1.1 曲线拟合（插值与逼近）概念
• 4.1.2 参数曲线插值与逼近
• 4.2 基于曲线的曲面重建
• 4.3 重建模型的精度评价
• 4.3.1 误差模型
• 4.3.2 模型精度评价及量化指标
• 4.3.3 误差控制策略
• 本章小结
• 第五章 面向制造的车钩反求实例
• 5.1 概述
• 5.2 面向制造的特征信息模型
• 5.3 目前三维建模存在的问题
• 5.4 可制造性评价
• 5.5 面向制造的车钩反求设计
• 本章小结
• 结论
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢