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　　機械類畢業(yè)設計論文開題報告篇1

　　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外研究現狀)

　　逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據已存在的產品或零件原型構造產品或零件的工程設計模型，并在此基礎上對已有的產品進行剖析、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：設計者既無產品實物，也無技術軟件，僅有產品的圖片、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、設計產品，該種逆向稱為影像逆向。

　　目前，國內外有關逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向，即重建產品實物的CAD，稱為“實物逆向工程”。

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

　　現有的數據采集方法主要分為兩大類:

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

　　(2)非接觸式數據采集方法非接觸式數據采集方法主要運用光學原理進行數據的采集，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。

　　逆向工程的數據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。根據測量點的數量，測量數據可以分為一般數據點和海量數據點;根據測量數據的規(guī)整性，測量數據又可以分為散亂數據點和規(guī)矩數據點;不同的測量系統所得到的測量數據的格式是不一致的，且?guī)缀跛械臏y量方式和測量系統都不可避免地存在誤差。因此，在利用測量數據進行CAD重建前必須對測量數據進行處理。數據處理工作主要包括:數據格式的轉化、多視點云的拼合、點云過濾、數據精簡和點云分塊等。

　　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通過插值去逼近原始的數據，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據點進行曲面片擬合，獲得曲面片經過過渡、混合、連接形成最終的曲面模型。

　　(3)點數據網格化網絡化實體模型通常是將數據點連接成三角面片，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據類型的三維模型，但很多時候，卻是從上游廠家得到產品的實物模型。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的正向設計存在很大差別。而逆向工程則是從產品原型出發(fā)，進而獲取產品的三維數字模型，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容：

　　(1)新零件的設計，主要用于產品的改型或彷型設計。

　　(2)已有零件的復制，再現原產品的設計意圖。

　　(3)損壞或磨損零件的還原。

　　(4)數字化模型的檢測，例如檢驗產品的變形分析、焊接質量等，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，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粗糙。后來有接觸式掃瞄設備，運用探針接觸工件取得產品外型。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。市場后來發(fā)展出兩套主流產品約在七、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、基于現有產品的創(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據結構、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品設計效果，比傳統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)新產品開發(fā)服務的一項關鍵共性技術, 對促進企業(yè)產品創(chuàng)新、縮短新產品開發(fā)周期、提高產品競爭力有積極的推動作用。自該技術問世以來，已經在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛應用，并由此產生一個新興的技術領域。

　　RP技術是在現代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數控技術、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因所用成形材料不同，成形原理和系統特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是"分層制造，逐層疊加"， 類似于數學上的積分過程。形象地講，快速成形系統就像是一臺"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軟件根據鼠標的點云數據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。

　　設計內容貫徹數據采集、數據項預處理、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文件處理做了系統的論述。選用UG NX4.0軟件的Unigraphics CAD/CAM/CAE系統提供了一個基于過程的產品設計環(huán)境，使產品開發(fā)從設計到加工真正實現了數據的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產品設計與制造。由INSIGHT軟件進行的數據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、實體三維數據的獲得——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快速成型切片的數據處理;

　　6、快速成型加工操作。

　　五、畢業(yè)設計(論文)進度計劃

　　1-2周 　 調研、查閱文獻，完成開題報告

　　3-7周 進行鼠標模型點數據的采集和模型的初步構建

　　8周 　 中期檢查與整改

　　9-13周 　 在初步構建的鼠標模型的基礎上進行修改并完成快速成型加工，撰寫畢業(yè)設計論文

　　14-15周 打印、裝訂、評閱、答辯資格審查

　　16周 畢業(yè)答辯

　　機械類畢業(yè)設計論文開題報告篇2

　　題目：機械加工的工藝分析與改進設計

　　本課題研究的意義，擬研究的主要問題、重點和難點，預期結果：

　　本課題是對制動桿零件工藝規(guī)程及40×30面銑削夾具的設計，對此研究我查閱了大量的資料，首先明白機械加工工藝過程就是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理機械性質成為具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。

　　在整工藝規(guī)程個設計過程中,我們將學習到更多的知識。

　　(一)我們必須仔細了解零件結構，認真分析零件圖,培養(yǎng)我們獨立識圖能力,增強我們對零件圖的認識和了解,通過對零件圖的繪制,不僅能增強我們的繪圖能力和運用autoCAD軟件的能力。

　　(二)制訂工藝規(guī)程、確定加工余量、工藝尺寸計算、工時定額計算、定位誤差分析等。在整個設計中也是非常重要的,通過這些設計,不僅讓我們更為全面地了解零件的加工過程、加工尺寸的確定,而且讓我們知道工藝路線和加工余量的確定,必須與工廠實際的機床相適應。 這對以前學習過的知識的復習,也是以后工作的一個鋪墊。

　　(三)在這個設計過程中,我們還必須考慮工件的安裝和夾緊.安裝的正確與否直接影響工件加工精度,安裝是否方便和迅速,又會影響輔助時間的長短,從而影響生產率,夾具是加工工件時,為完成某道工序,用來正確迅速安裝工件的裝置.它對保證加工精度、提高生產率和減輕工人勞動量有很大作用。這是整個設計的重點,也是一個難點。

　　在設計工藝規(guī)程之后，我還要進行40×30面銑削夾具的設計。

　　夾具又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。

　　夾具的主要作用表現在以下幾個方面。

　　(一)縮短輔助時間，提高勞動生產率

　　(二)確保并穩(wěn)定加I精度，保證產品質量

　　(三)降低對操作工人的技術要求和工人的勞動強度

　　(四)機床的加工范圍得到擴大

　　論文主要內容(提綱)：

　　根據不同的研究對象擬采用不同的研究手段(途徑)，本課題包括兩方面內容：

　　制動桿加工工藝的設計和夾具設計

　　制定工藝規(guī)程的研究途徑和可行性分析

　　毛坯的選擇：

　　根據生產綱領和零件結構選擇毛坯，毛坯的類型一般在零件圖上已有規(guī)定。對于鑄件和鍛件應了解其分模面、澆口、冒口位置和拔模率，以便在選擇定位基準和計算加工余量時有所考慮。如果毛坯是棒料或型材，則按其標準確定尺寸規(guī)格，并決定每批加工件數。

　　毛坯的種類和其質量對機械加工的質量有密切的關系。同時對提高勞動生產率、節(jié)約材料、降低成本有很大的影響。制動桿毛坯材料為灰鑄鐵(HT150)，硬度范圍在150～200HBS，承受中等載荷。采用砂型鑄造方法，由于大批量生產故宜采用實體模樣(金屬模)進行兩箱造型，這不僅簡化了造型和合箱操作，還因型砂緊實度較為均勻，鑄件的表面質量得到提高。在切削加工前進行石墨化退火處理，消除鑄件表層和壁厚較薄的部位可能出現的白口組織(大量滲碳體出現)以便進行切削加工。 擬訂工藝路線：

　　表示零件的加工順序及加工方法，分出工序，安裝或工位及工步等。并選擇各工序所使用的機床型號、刀具、夾具及量具等。擬訂工藝路線從實際出發(fā)，理論聯系實際和工人結合起來。常常需要提出幾個方案，進行分析比較后再確定。 計算切削用量、加工余量及工時定額：

　　查閱《切削用量手冊》等資料并進行計算確定。目前，對單件小批量生產不規(guī)定切削用量，而是由操作工人根據經驗自行選定，但對于自動線和流水線，為保證生產的節(jié)拍，必須規(guī)定切削用量，并不能隨意改變。計算加工余量、工序尺寸及公差是要控制各工序的加工質量以保證最終加工質量。工時定額一般按各工廠的實際經驗積累起來的統計資料來估算。隨著生產的發(fā)展，工藝的改進，新工藝，新技術的不斷出現，工時定額應進行相應的修改。

　　對機械加工工藝規(guī)程基本要求可歸結為質量、生產率和經濟性。雖然有時互相矛盾，但只要把它們處理好，就會成為一個統一體。在三個要求中，質量是首要的。質量表現在機械產品的各項技術性能指標，質量不能保證，根本談不上數量;質量和生產率之間是密切聯系的，在保證質量的前提下，應該不斷地最大限度地提高生產率，滿足生產量的要求。如果兩者矛盾，則生產率要服從于質量，應在保證質量的前提下解決生產率問題。在保證質量的前提下，應盡可能的節(jié)約耗費，減少投資，降低制造成本，這就是經濟性。

　　因此制動桿的工藝規(guī)程研究途徑應該體現質量、生產率和經濟性的統一，達到經濟合理及可行的最優(yōu)方案。

　　夾具設計的研究途徑和可行性分析

　　制動桿鏜、銑、鉆等工序使用的專用夾具，此類夾具的特點是針對性強、結構緊湊、操作簡便、生產率高。

　　夾具設計最關鍵是要求對工件定位正確，且滿足定位精度要求。為了解決此問題，首先得了解影響定位精度的因素。然后采取措施解決具體的問題。如定位基準與定位元件的配合狀況和影響定位精度，那么可以提高夾具的制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。 除此之外，選擇夾具的類型與結構型式必須與零件生產批量大小相適應，夾具結構與零部件應具有足夠的剛度和強度，從而保證夾具操作方便、夾緊可靠、使用安全、并有合理的裝卸空間。

　　進度安排：

　　第1周：接受任務書，理解設計課題的主要任務，查找相關的中外文資料，調查國內外現狀，寫相關調研報告，初步完成外文翻譯工作。

　　第2周：分析給定參考資料，復原設計加工零件工作圖。

　　第3周：設計加工工藝過程卡和加工工序卡。

　　第4周：工裝夾具結構方案設計。

　　第5周：初步繪制工裝夾具裝配圖。

　　第6周：完成繪制工裝夾具裝配圖。

　　第7周：拆畫一套夾具零件圖。

　　第8至11周：支架及其工裝夾具三維造型。

　　第12周：編寫設計計算說明書提交初稿。

　　第13周：修改圖紙和說明書并打印。

　　第14周：論文整理、裝訂和參加答辯。

　　參考資料：

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