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基于逆向设计的叶片三维数字化设计与制造

摘要：本文以叶片应用逆向工程创建可编辑的数模进行加工为例，实现了生活中的逆向思维，展现了不一样的领域，在原有的实物基础上进行再设计、再创作的一个跳跃，是一次突破性的创新。Geomagic studio是通过3D扫描仪获取点云对叶片数据进行处理的软件，Geomagic design x这款软件创建出可编辑的基于特征的CAD数模，两者相结合后可以将叶片逆向做出的实体在NX软件中模拟加工生成程序。通过此次叶片的设计与制造会发现逆向工程的应用既方便又简单，能够快速查找出设计的错误，便于修改与完善，为我们生活节省了时间、精力、财力等。

关键词：逆向工程；点云数据处理；程序编程

 

目录

第一章   引  言 4

第二章 叶片的三维数字化测量 5

2.1逆向工程数据采集技术原理 5

2.2 3D扫描仪设备的简介 6

2.33D扫描仪使用规范技巧 7

2.3.1仪器的基本操作 7

2.3.2扫描的数据图片 7

2.4本章小结 8

第三章 叶片的点云数据的预处理 9

3.1点云数据的处理 9

3.2数据的合并封装 12

3.2.1填充孔 12

3.2.2去除特征 12

3.3本章小结 13

第四章 叶片逆向建模 14

4.1 “Geomagic Design X”立体建模软件软件介绍 14

4.2叶片底座和顶端模型建造 14

4.3叶片曲面建模 16

4.3.1曲面草图描绘 16

4.3.2叶片曲面放样 18

4.3.3叶片曲面的面填补与缝合 19

4.4本章小结 20

第五章 叶片的工艺路线的拟定 21

5.1叶片工艺过程的组成 21

5.2拟定工艺路线 21

5.2.1叶片毛坯及余量的确定 21

5.2.2加工阶段的划分 22

5.2.3叶片加工工艺过程卡的编写（见附录） 23

5.3选用刀具及填写刀具卡 23

5.4填写数控加工工序卡 24

5.5本章小结 24

第六章 叶片在模拟加工环境下程序编制 25

6.1加工所涉及软件NX10.0的简介 25

6.2叶片正面模拟加工生成程序 26

6.2.1确定装夹方法建立加工坐标系 26

6.2.2依照刀具表进行型腔铣粗加工 27

6.2.3固定轮廓铣半精加工 30

6.2.4固定轮廓铣精加工 31

6.3叶片背面模拟加工生成程序 32

6.4本章小结 33

结论 34

参考文献 35

致谢 36

 

第一章   引  言

现在是靠技术吃饭的世界，适者生存，劣者淘汰想必这个道理大家都懂，那么我们以一个什么样的状态才能迎接这个充满变化的世界呢？毫无疑问，只有不断吸收科技研发成果，掌握核心技术，你才会是被追捧的一个。技术研发已经成为社会进步的一把利剑，如果一个国家不能带来更好的创造成果势必要用到我们今天所说的一门新型技术——逆向工程。

逆向工程顾名思义就是反过来思考一个产品的诞生。这门技术诞生于20世纪，从1980年欧美许多学校及工业界注意到一直发展到2011年直至技术的成熟，期间少不了大量团队的投入和付出。我们看到的成品不仅可以将一个产品的处理步骤、组织构架、功能展现等设计方案都能完美无缺的演绎出来，而且我们还能在此基础上再设计、在制作出更好的实体。这样不但缩短了产品加工的周期，也减少了工作者执行无聊且繁琐任务强度大的劳动。据相关资料了解，逆向工程主要目的是在不能轻易获得产品的相关信息时，直接从原产品下手，推断出产品设计理念。原先是单纯的技巧性手工，现在结合了计算机等先进仪器，经历三四十年间，其现在覆盖的范围包括[1]：

1、初步涉及医学方面，运用较为广泛的为复杂外科手术规划和可植入假体的设计与制作。在这两种常见的医学里使用CT和STL数据转换等一系列过程最终为患者提供出更加合适的代替物，使得患者缺损的部位与代替物可以更好的融合，提高伤者的痊愈率。其实，在一些关节外科、口腔科、整形科都有拓展，从这一点就证明逆向工程与生活息息相关，不仅是一个时代的进步也提高医学技术的发展[2]。

2、间接制模法与直接制模法虽都用到了逆向工程，但是二者还是有很大程度的差别。间接制模法需要利用RP技术在原型的基础上结合传统制模然后制造出模具；但是直接制模法直接结合CAD技术和RP技术就可以制作出模具。一些小的零件生产可以采用这门技术。

3、更为神奇的是逆向工程还应用于艺术品的修复。在有雕像的有破损的时候，艺术家可以借助逆向工程获取原雕像设计的思路理念，推断出缺损部分的设计方案。这样大大减少了创作者的时间，无需将整个雕像原型进行扫描复制。

还有很多例子都能体现逆向工程融入在我们的生活。

 

参考文献

[1]王  霄    《逆向工程技术及其应用》  化学工业出版社

[2]段彦静、孙文磊   《逆向工程在医学上的应用》  中国现代影像学杂志

[3]刘晓宇  《逆向工程设计完全解析》 中国铁道出版社

[4]《3DSS系列三维扫描仪》   上海数造机电科技有限公司

[5]罗之军    《基于GeomagicStudio》的逆向工程技术

[6]《Geomagic Studio12.0手册》（通用版）   机械工业出版社

[7]杨晓雪、闫学文  《 Geomagic Design X三维建模案例教程》机械工业出版社

[8]《UG简介-图文》 五星文库

[9]电子《加工手册》

[10]张云杰、张云静 《UG NX10模具和数控加工培训教程》 清华大学出版社

[11]《逆向工程原理及其应用》 机械工业出版社

[12]吴慧媛 韩邦华 《零件制造工艺与装备-机械制造技术》 电子工业出版社

[13]吴迎春 《基于Geomagic和UG的逆向工程造型与制造应用》机械制造与自动化

[14] 金涛、童水光    《逆向工程技术》  机械工业出版社

[15]《UG逆向工程典型范例解析》      机械工业出版社