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1、陕西理工学院毕业设计（论文）基于UG的鼠标逆向工程和雕铣加工（陕西理工学院机械工程学院机自071班，陕西 汉中 723003）指导老师【摘要】逆向工程已成为当今CAD/CAM领域内研究的热点之一。逆向工程能够提高设计精度，获得较高的模型质量，缩短设计周期。因此，它具有广阔的应用前景，受到各国工业界和学术界的高度重视。本设计重点介绍了利用UG软件根据鼠标的点云数据进行鼠标的模型重建并利用雕铣机加工出鼠标的模型，在根据点云逆向设计中，结合设计需要进行了必要的正向设计修正，以得到理想的设计结果。设计内容贯穿数据采集、数据预处理、文件读取、边界提取，曲面重构、实体生成、雕铣机的操作和注意事项。选用UG
2、4.0软件的UnigraphicsCAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。【关键词】逆向工程 ，雕铣加工 ，数据采集 ，曲面重构 ，实体生成 Reverse engineering of a mouse based on UG and processing of Engraving and milling machines (Grade 07,Class1,Major machine design manufacture and autormation，school of Mechanical
3、Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi)Abstract: Reverse engineering has already become one of the research focuses in current CAD/CAM study 。Reverse engineering can enhance the precision of design, produce high quality model and shorten the cycle of design and manufact
4、ure. As a result, it holds out broad prospects for application and is thought highly of in both industrial and academic circles in many countries. In this design,according to the point cloud data of the mouse model is reconstructed with UG software and making use of Engraving and milling machines to
5、 process the mouse model。During the reverse design of point cloud combined with the need of the design positive design modification is done in order to get ideal design result。The content include data collection ,data preprocessing ,files reading,boundaries extracting,curved face reconstruction,soli
6、d generation ，operation of Engraving and milling machines and its matters need attention。Unigraphics CAD/CAM/CAE system of UG NX 4.0 provides a design environment based on process of the product and mkes the product development from design to production complete jointless integration of data,thus op
7、timizes the product design and production in the enterprise。Keywords：Reverse engineering ，processing of Engraving and milling machines ，data collection ，curved face reconstruction ，solid generation1 绪论1.1逆向工程原理在瞬息万变的产品市场中，能否快速地生产出合乎市场要求的产品就成为企业成败的关键。由于各种原因往往我们都会遇到只有一个实物样品或手工模型，没有图纸或CAD数据档案，有时甚至可能连一张
8、可以参考的图纸也不存在，没法得到准确的尺寸，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计手段和先进的制造技术带来了很大的障碍，制造模具也就更为烦杂。但是逆向工程技术很好的解决了这一问题。 随着计算机技术的飞速发展，三维的几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及工模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。通过各种测量手段及三维几何建模方法，将原有实物（产品原型或油泥模型）转化为计算机上的三维数字模型，并应用在CAD领域，这就是所谓的逆向工程（RE，Reverse Engineering）。 逆向工程又称为反求工程、反向工程。广义的逆向工程包括几何反求、工艺反求和材料反求等诸多方面，是一个复
9、杂的系统工程。目前，逆向工程的研究主要集中在形状的反求方面。因此本设计提及的逆向工程，是指利用测量手段对实物或模型进行测量后的点云结果，根据测量数据采用三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程：是一个从样品生成产品数字化信息模型，并在此基础上进行产品设计开发及加工制造过程的全过程。1.2逆向工程特点 传统的复制方法是用立体雕铣机或液压三次元靠模铣床制作出一比一成等比例的模具，再进行量产，这种方法俗称类比式（Analog Type）复制，无法建立工件尺寸图档，也无法做任何的外形修改。这为后续的改进设计造成很大程度上的麻烦。传统的复制方法时间长而效果不佳，已渐渐为新型数字化的逆向工程系统所取代。
10、逆向工程系统专门为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。并给出一个一体化的解决方案：样品数据产品。逆向工程通常是以专案方式执行一模型的仿制工作。往往制作的产品没有原始的设计图档，而是委托单位交付一件样品或模型，如木屑模、高尔夫球头、玩具、电器外壳结构等，请制作单位复制（Copy）出来。逆向工程是由三维扫描仪对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合逆向软件进行曲面重构，并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造效果，最终生成IGES或STL数据，据此就能进行快速成型或CNC数控加工。IGES数据可传给一般的CAD系统（如：UG、MDT等），进行进一步修改和再设计。另外，
11、也可传给一些CAM系统（如：UG、MASTERCAM、SMART-CAM等），做刀具路径设定，产生数控代码，由CNC机床将实体加工出来。STL数据经曲面断层处理后，可以直接由快速成型方式将实体加工制作出来。1.3逆向建模的一般流程图模型曲面分析确定扫描方案进行实体点云扫描进行点云数据处理建立需要的曲线建立曲面进行实体建模图1.1 逆向建模一般过程模型曲面分析确定扫描方案进行实体点云扫描进行点云数据处理建立需要的曲线建立曲面进行实体建模，如图1.1所示。1.4逆向工程的应用领域 逆向工程的应用很多，如三维实体重构、原始设计参数的还原、产品性能及功能预测、装配及工作过程仿真等。其应用领域大致可以分
12、为以下几种情况： 1.在没有设计图纸或设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代码，加工复制出一个相同的零件。2.当设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法。比如航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的基础上经过各种性能测试（如风动试验）等建立符合要求的产品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外形，最终的试验模型将成为设计这类零件及反求其模具的依据。3.在美学设计特别重要的领域，例如汽车外形设计广泛采用真实的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，而不采
13、用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法，此时需要逆向工程的设计方法。4.另一个重要的应用如修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等，此时不需要对整个零件的原型进行复制，而是借助逆向工程技术抽取零件原型的设计思想，指导新的设计。这是由实物逆向推理出设计思想的一种渐进过程。5.逆向工程与快速成型技术相结合，即利用逆向工程得到的实体几何模型，驱动快速成型系统快速制造出与实物原型相同的零件，是逆向工程的一个新的应用领域。2 逆向工程一般步骤2.1实体三维数据的获得扫描在进行逆向工程时，三维扫描是最基本的一步。他是获得原始点云数据的最直接的方法，也是最理想的方法。原始点云数据是后面进行逆向处理的根本依
14、据，因此三维扫描得到点云数据的好坏直接影响到逆向建模的成功与否。三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描及数字化系统在逆向工程中发挥着巨大的作用。三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。而且其测量结果能直接与多种软件接口，这使它在CAD、CAM、CIMS等技术应用日益普及的今天很受欢迎。在发达国家的制造业中，三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备，因其测量速度快、精度高、非接触、使用方便等
15、优点而得到越来越多的应用。用三维扫描仪对手板、样品、模型进行扫描，可以得到其立体尺寸数据，这些数据能直接与CAD/CAM软件接口相接，在CAD系统中可以对数据进行调整、修补、再送到加工中心或快速成型设备上制造，可以极大的缩短产品制造周期。三维扫描设备是以三元测量系统为主。基本上以接触式（探针式）和非接触式（激光、照相、X光等方式）两大类。在早期是以探针式为主，虽然价格较便宜，但速度较慢，而且以探针与物体接触会有盲点而且使软件物体容易变形，影响扫描精度。激光扫描速度快、精确度适当，而且可以扫描立体的物品获得大量点云数据，以利曲面重建。三维扫描技术从产生以来，到目前已经发展了很多扫描原理，一般来讲分为以下几种技术，见图2.1.从三维数据的采集方法上来看，非接触式的方法由于同时拥有速度和精度的特点，因而在逆向工程中应用最为广泛。图2.1 三维扫描技术分类2.2点云处理 通常扫描后得到的测量数据是由大量的三维坐标点所组成，根据扫描仪的性质、扫描参数和被测物体的大小，有几百点到几百万点不等，这些大量的三维数据点称为点云（Point Cloud）。扫描得到的产品外形数据会不可避免的引入数据误差，尤其是尖锐边和边界附近的测量数据，测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面，所以要对原始的点云数据应进行预处理，
