产品的三维造型与反求设计实验指导书一实验原理：利用反求技术和三维 CAD 技术，分别完成零件的造型设计，比较两种方法 的技术特点，分析其适用场合。实验目的及内容1、目的：通过完成一个产品的三维造型的设计和反求该产品的三维模型， 掌握三维实体造型的关键技术以及反求设计中的要点。通过比较这两种模型 以及设计过程，了解基于 CAD 系统直接造型和利用相关设备进行反求造型 的特点和应用场合。2、内容：从塑料零件、锻造零件和铸造零件中任选一个，通过看 2D 工程图纸和实物模型，利用UG软件的参数化实体建模功能，完成其三维实体的造 型。导入零件激光扫描的点云数据，在此基础上，对数据进行处理，利用该 数据重构其三维模型。比较上述两种方法进行造型的结果，并分析各自的特点。二实验仪器设备：1、仪器设备：安装了 UG 软件系统的电脑若干台；2、数据资料：用三坐标测量得到的点云原始数据文件（有条件可以进行三 坐标实际测量）；塑料件/锻造件/铸造件样品若干及其二维图纸。实验准备：由实验的原理我们知道，实验主要是让我们认识不同造型方法的技术特点， -因此我们要对每种造型方法要有基本上概念了解。因此，实验准备工作主要是 熟悉软件的应用和相关知识的储备。1UG 软件实体造型的相关模块：（1）要用好 UG 实体造型相关的模块，除了软件的应用技能外，更需要更 基础的知识，也就是会准确的读懂二维图纸，这就要求我们有扎实的 机械制图知识，如果这个没有掌握，实验也就无法进行。（2）关于 UG 实体造型模块的介绍：UG/Solid Modeling 包含强大的 Unignphics 复合建模模块，它无缝地 集成基于约束的特征建模和传统的显示几何建模到一个单一的建模座 舱内，用户可以得到集成于一个基于特征的境内的传统实体,曲面和线 框功能的优点。UG/Solid Modeling 是所有其它几何建模产品的基础，提供编辑任何东 西-从特征到自由形状和为建立实体使用的命令的灵活性，当与UG/Feature Modeling 和 UG/Freeform 建模应和一起使用时， UG/Solid Model ing提供最大的设计自由度。Uni graphics Hybrid Modeler比 任意一其它系统提供更先进的技术和比参数化建模模块有许多明显优 点：八、UG 复合建模模块在设计过程中提供更多的灵活性，当纯参数化系 统仅仅支持一种基于约速的特征建模范例， Unigraphic 建模有一组广 泛丰富的工具组支持各种建模选项，用户选择最自然地支持设计意图的方法。UG 的复合建模模块允许按需添加参数。另一方面纯参数化建模模块在 改变可以进行之间，强制模型全部约束Unigraphics，在设计过程中有 完全的自由度，设计改变可以很方便地进行。UG的复合建模模块允许 传统的产品设计过程有效地被使用 ,并与基本约束的特征建模按需组 合使用，没有如纯参数化系统那样，再培训的时间浪费，用户可以移 动到Uni graphics,而没有损失生产率。UG的复合建模模块，使得能够有效地使用遗留的产品模型数据，包括 从其它 CAD 系统来的数据。没有如纯数化系统那样需要重建 已存模 型，用户可以保护它的们在传统数据中的投资，在新的产 品开发中， 提升已存设计知识的价值。用UG复合建模模块建立的模型是完全与 构造的几何体相关，允许重访早期的设计决定而 无需再返工下游的信 息。功能 ：实体操作基于已被生产实践证实的 Parasolid 建模内核 , Parasolid 有极大的精度和可靠性。容差建模特征允许低精度的读入的 几何体在 Unigraphics 内有效地使用。利用实体体素构造块、柱、锥球。 布尔操作求和，求差，求交逻辑相加。显示的表面编辑编辑命令，移 动，旋转，删除，偏置，代替几何体。从拉伸和旋转草图轮廓形成实 体。对高级的相关的定位的基准面与基准轴片体与实体集成。 缝合片 体到实体。分割和修剪实体允许传递自由形状片体的形状到实体。从 实体表面轴取片体。特征编辑，编辑和删除特征；参数化编辑，重定 位（为了建立特征需要 UG/feature Modeling）. 特征抑制，特征重排时 序，特征嵌入。图 1.实体造型模块主要工具图标2.三维反求及UG自由曲面设计模块：1） 反求的概念：针对一现有的样品，利用3D数字化测量仪器准确、快速地将其轮 廓坐标量得，并进行三维CAD曲面重构，编辑修改后，传至一般的CA D/CAM系统，再由CAM产生刀具的NC加工路径送至CNC加工 设备制作所需的模具，或者送到快速成型机（RP）将样品制作出来。这 一过程称为反求工程。传统的设计过程是根据产品的功能和用途首先进行概念设计 ，然 后通过CAD输出产品的设计图纸，经审查无误后，编制NC代码并输 入CNC加工设备进行产品加工或者通过快速成型机制作样品。而反 求工程是从一已经存在的零件或产品模型入手 ，首先对其进行数字化 测量，得到它的轮廓坐标值,然后通过三维CAD曲面重构得到其三维 CAD模型并输出图纸，经审查合格后由CNC加工设备或快速成型 机进行加工。（2）关于UG自由曲面设计模块的介绍：UG/Freeform Modeli ng用于设计高级的自由形状外形，或直接在实体 上，或作为一独立的片体， 除了它们不必闭合空间体积外，类似于实 体。片体建模是与实体建模完全集成，允许自由形状独立建立，之后 作用到实体上，许多自由形状建模操作可以直接产生或修改实体，自 由形状片体和实体与它们的定义几何体相关，允许重访早期的设计决 定与下游工作的自动更新。功能：自由形状构造基于生产证实了的 Parasolid 建模核心，有极高精 度和可靠性。工业标准的NURBS（Bezier或B样条曲面）及解析几何体。 广泛的强有力的构造方法组、直纹、扫描过曲线网格曲面、过点、偏 置曲面。自由形式形状可以定义成光顺通过多轮廓 ；定义轮廓可以有 尖锐拐角和可以含有不同数量的曲线，轮廓可以由线框曲线或实体边 缘，或也可以是草图组成，结果是参数化的自由形状外形：二次锥（放 样的）曲面和圆角；固定和可变半径的园角曲面；操纵自由形式的形状 可以编辑定义参数；可以改变数字参数（如 rho 或公差）,可以再定义构 造几何体。通过下列任一个直接操作自由形式的形状，控制多边形、 改变曲面阶数、在曲面上的点、边缘匹配。三实验方法和步骤：1、选择一个样件，读懂其二维图纸，用UG的造型模块（Modeling）完成其三维设计，注意理解和应用参数化设计技术；2、在UG环境中导入（Import）三坐标测量得到的原始数据文件，用其自 由曲面设计模块（Free Form Feature），对点云进行处理，构建三维模型；3、记录两种方法的构建主要步骤及过程，以进行比较分析。示例实验：1.由零件的图纸来通过UG造型模块构建零件的三维模型。二维图纸如图1-1A 俯视图B 左视图C 主视图D 剖视图图 1-1从上图中可知其整体形状是由长方体和圆柱体做布尔运算得出的，然后在局部范围做圆角即可得到上述二维图所表达三维图。具体制图过程如下：1）进入 UG 的 Modeling 环境，先使用 FormFeature 中的长方体和圆柱体做出该零件的初始造型。以最大的长方体的一个顶点作为整个三维图的原点：25(28OKLength (XC)mmWidth (YC)mmHeight CZC)mmBlockBoolean OperationType回口色Selection Steps nJ (76图 1-22）下面做出其中几个柱体，关键是找准定位点，有孔的地方可以先做个园柱 将其减掉即可成孔，如下图 1-3。ab图 1-33）图中最上面园柱下面为一长方体，先找准其定位点，如下图 1-4所示图 1-4图中两条直线的交点即为此长方体的定位点，输入尺寸就可以得到长方体，之后再做布尔和运算，具体如图 1-5 所示：BlQckType回EOT5ele匚ticii StepsLength (XC)31Width (YC)18Height (ZC)16Boolean OperationOKApply Cancel图 1-54）做布尔差运算，把不要的圆柱体、长方体减去，做出孔来。如下图 1-6图 1-65）对于上面部分的开口可以先画一个同等厚度的长方体，再做布尔差运算就可以得到图 1-7的形状：ApplyOKCancelnun | mm | | mm |已I巳ction Steps”Type, 回口 Length (XC)2Width (YC)25Height (ZC)25Boolean Operation|cAllApplyOKFilterConfirm Upon ApplyCancelRetain ToolRetain Target迫 SubtractSelection Stepsb图 1-76）做圆角，完成实体造型把辅助线删除。如下图 1-8图 1-82由零件的点云文件用 UG 的自由曲面设计模块反求来构建零件的三维模型：具体步骤：1）获得点云文件test.igs，该文件为三维坐标测量的原始数据文件；2）将该文件导如UG,直接点打开文件，选择文件类型igs，选择文件名字 即可，此时UG会自动生成一个prt文件。（如图2-1）点云如图2-2所示。图 2-1图 2-23）现在开始构造三维模型。构造方法大体上就是做曲面，然后再将这些面缝 合在一起。做面的方法也有很多，可以直接采用由点做面，也可以选择先 做线再用线生成面。但是由于 UG 本身选择的复杂性，我们在做的时候无 论哪种方法，选点的时候可以适量少选一些点，注意一些明显离散点（容 易看出明显偏离点云较大误差的）也就在此舍去了。4）这里采用先做线，然后由线再做面的过程。首先进入Modeling环境。Insert菜单下curvespline，选择Through Points，进入下图2-3所示菜单Spline Through PointsCiirve Typ? Mui + i pl e Segn-iHnt s : S i ngl e S e giTi entCixrve II e gi_ e eClosed Cm-ve直接选择OK就可以进行选点，为方便选择，选择Chain from All方式,这样在选择一串点时，只需要选择起点和终止点， UG 自动把中间的点选择上。如图 2-4，如果线的参数不需要改变设置，就可以继续构造线。3OK*-I-sX匚iirve Type-+ Mill tipi 己 S e gm enS i ngl e Segrrient訂 Closed CurveAssi etl SlopesAs5i etl Curvatm e5Points from FileSpline Through Points图 2-45）由于某些地方点比较密或者视觉问题，不容易选择，可以用功能先把面做出来，在面上选择点减少选择的难度。如下图 2-5J k/十0 o +冷伞芻N 凹备旣囹F申,