履带链节零件的逆向设计与模具的数控制造技术研究

摘要

随着我国制造业的不断发展，尤其是“中国制造2025规划”及“工业4.0”接轨的提出，中国正在致力于从“制造大国”向“制造强国”的转变。制造行业的发展离不开先进制造技术。随着以CAD为主体技术的现代设计技术的不断发展，反求设计、并行设计、绿色设计、智能设计方法发展越来越成熟，应用越来越广泛。尤其是反求技术，由于其设计特点能够敏捷的响应和适应生产要求，快速消化吸收全球范围内先进设计技术，缩短产品的设计制造周期，适合复杂曲面零件的修复改造与再创新，发展和应用前景十分广阔。
　　履带链节零件是履带式行走机构上一个非常重要的组成部分，而履带式行走机构广泛应用于推土机、挖掘机、运输设备以及各种辅助设备上的运动机构，被大量应用于矿山挖掘、水利工程修建、道路桥梁修筑、农业机械化项目、建筑工地施工、国防建设等工程项目当中。履带链节零件在使用过程中由于磨损失效等原因会导致行走机构的各种故障，给工程机械使用者带来经济损失，也有可能引发操作人员人身伤亡事故，因此，对其结构、原理的研究及优化设计就显得很有必要。
　　本课题在对逆向工程原理、方法、应用等研究的基础上，结合CAD/CAM技术，使用三维扫描仪设备、Geomagic逆向设计软件、CATIA软件、PowerMILL软件等工具，对履带链节进行了逆向设计与模具的设计和数控加工方法研究，主要做了以下几方面工作:
　　1、研究国内外CAD/CAM领域中有关逆向工程及模具CAM制造方面的先进技术和方法，尤其是逆向设计过程中的数据采集、数据处理、模型重构的原理、流程和使用的设备与软件工具，分析目前逆向设计的主流方法和发展趋势。
　　2、对履带链节实物三维数字信息获取进行了研究。从扫描仪设备的选择与使用、点云数据的采集、使用逆向软件进行点云分析处理三个方面展开研究，利用现有的三维扫描仪器对履带链节进行了数字测量，得到ASC格式的包含曲面点云原始数据的文件。利用Geomagic软件对点云数据进行数据处理，包括读入点云数据、多视图点云数据对齐、冗余点云数据筛除等工作，最终生成点云数据文件供后面模型重构与优化系统使用。
　　3、采用CATIA软件对履带链节零件进行三维模型重建研究，重构了逆向对象模型。介绍了CATIA软件在逆向设计中的使用方法，包括软件基本操作、曲面重构的命令。最终在CATIA平台上完成了履带链节零件的逆向设计，同时对履带链节的结构、原理、制造工艺进行研究，确定热锻模具的制造工艺流程，并对模具进行了CAM设计。实现了利用CAD系统将原始设计参数向产品数字化模型的转变。
　　4、利用POWERMILL软件对链节模具进行了CAM研究，利用五轴数控机床模拟出模具的制造加工刀具路线，实现了原型的再现与改型。
　　通过以上的研究工作，本文最终完成了履带链节的反求设计，实现了原型零件的三维造型重构，研究了零件的结构原理与制造工艺，最后对链节零件制造模具进行了设计和数控加工仿真，既解决了零件使用中出现的问题，又为我国装备制造企业在设计生产过程中充分利用逆向工程技术，发展数字化优势，适应智能化生产提供了借鉴，在机械工程设计与制造领域具有一定的理论研究意义和实际应用意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 逆向技术系统方面

1．2．2 数子化采集设备方面

1．2．3 逆向工程软件方面

1．2．4 研究现状评述

1．3 课题的主要研究内容

1．4 研究技术路线图

第2章 履带链节零件的点云数据采集与预处理

2．1 逆向工程数据测量采集技术研究

2．1．1 接触式三维数据采集

2．1．2 非接触式三维数据采集

2．1．3 各种数据测量方法对比

2．2 履带链节零件点云数据的获取

2．2．1 逆向扫描仪的基本操作

2．2．2 点云数据采集步骤

2．3 履带链节零件点云数据的预处理

2．4 本章小结

第3章 履带链节零件的逆向设计

3．1 逆向设计曲面重构的理论

3．1．1 自由曲面的参数化描述

3．1．2 Bezier曲线曲面

3．1．3 NURBS曲线曲面

3．1．4 逆向工程中的曲面建模方法

3．1．5 曲面重构策略

3．2 基于CATIA软件对履带链节零件的曲面重构

3．2．1 CATIA软件介绍

3．2．2 基于CATIA软件对链节曲面的重构

3．3 履带链节零件的工艺分析

3．4 履带链节的模具设计

3．5 本章小结

第4章 履带链节零件模具的数控仿真加工

4．1 PowerMILL软件简介

4．2 五轴数控机床简介

4．3 基于Powermill的五轴数控加工仿真

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢