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1、. . . . 车身造型与结构设计实验指导书大学机械工程学院二OO七年十月实验一 车身三坐标测量技术一、实验目的：通过HC系列三坐标测量划线机对车身覆盖件采点，掌握三座仪的操作使用方法，掌握车身设计过程中的数据采集方法和数据转换方法。二、实验设备与工作原理：HC-2000三坐标划线测量机HC-2000三坐标划线测量机具有对空间物体的各个方向进行划线和测量的功能，是开展车身设计的主要设备之一。1、总体技术指标：a.测量围：X=2000mm Y=1200mm Z=1500mmb.单轴精度：X： X1500mm，0.075mmX 1500mm，(0.025+0.03L)mm L为测量长度，单位为米
2、Y：0.075mm Z：0.075mmc.分辩率：0.05mm/0.01mm切换d.最大运动速度：1000mm/se.使用温度：0402、机体部分主要零部件（见附图1）(1)底座：底座为铸铁座，在它的下面装有滚动轴承，可在平台上灵活的运动。(2)齿条座卡槽：槽装有测长线性标尺。(3)立柱：确定垂直方向的坐标立柱。装有平衡重物。(4)拉杆：防止和调节立柱的倾斜度。(5)上盖板：连接和固定立柱和拉杆。(6)立柱顶盖：装有支持平衡重物的滑轮。(7)滑套：连接立柱和悬臂梁与其驱动机构。(8)悬臂梁：端头装有划针连接器。(9)磁尺：(10)划针连接器：为改善工作能力的划针连接器。（11）微型打印机3、电
3、气部分工作原理三坐标划线测量机电气系统包括控制箱和小数显表两部分。在主控制箱上，操作人员可进行功能操作，完成测量工作。小数显表的作用是把划线测量机三轴坐标位置数据显示出来。（见附图2）磁栅数显系统是由磁信号传感器和数显控制仪两部分组成。磁信号传感器包括磁尺和磁头，在磁尺上均匀地刻有磁信号，当磁头与磁尺有相对运动时，通过磁头的磁通发生变化，使磁头线圈感应出来的电动势也随之相应的变化。磁感应信号被送到数显控制仪进行信号放大、数模转换、数据运算，得到与磁尺相对应的位置数据，通过三维数据显示器显示出来。(1)磁尺采用激光干涉仪在磁性钢丝上录制一系列具有相当稳定节距磁栅信号，磁尺的录磁精度决定于激光干涉
4、仪。应使磁尺能适应气候变化的工作环境，保持良好的机械性和良好的磁性能。(2)磁头的工作原理在磁栅数显系统中选用的是磁通响应磁头而不是速度响应磁头。磁通响应磁头与速度响应磁头的主要区别在于：前者对速度无要求，输出的信号幅度与磁头在磁尺上的位置有关。在结构上是在磁头中的可饱和铁芯上绕有一组可加入激磁电流的激磁线圈，由数显控制仪供给激磁电流。磁头工作时，通入交流激磁电流，激磁电流的强度足以使可饱和铁心的磁通饱和，随着激磁电流的不断变化，使可饱和铁芯不断地通断，从而使穿过磁头铁芯的磁通也随之通断，于是在信号线圈上便感应出电动势，使之有信号输出。当磁头与磁尺有相对运动时，磁头输出电压频率受到调制，只要能
5、检测出磁头在运动时的输出电压频率f与静态时频率f0的差值，通过相应的运算，即可知磁头与磁尺的相对位移量。4、划线头工作原理划线头是三坐标划线测量系统的一个关键部件。它具有对空间物体的各个方向进行划线和测量的功能。在划线头上，安装划针实现划线功能，安装测头实现测量功能（见附图3）。5、软件部分工作原理三座标测量软件（SZB.EXE）是用于HC-2000型三座标划线测量机系统，进行数据采集、处理和几何测量的软件系统。该系统用C语言编写，配有图形说明和汉字提示，显示直观，操作简单，使用灵活方便。本系统无需操作者编制测量程序，只要根据图形特征和汉字提示，直观的进行选择，就能完成相应的测量任务。本系统具
6、有联机帮助功能，它可简要的说明各个功能键的作用，帮助操作者正确的操作。三座标测量软件（SZB.EXE）系统，共有三个文件：SZB.EXE，SZBZIKU和EGAVGA.BGI。其中，SZB.EXE是该系统的主程序，SZB ZIKU是汉字字库文件，EGAVGA.BGI是显示器驱动文件。这三个文件应在同一目录下才能运行。将三坐标测量机的通信接口与计算机的串行接口相连可实现对测量数据的传输。三、实验方法与步骤1、将测头安装在划线头上，并连接好接插件。使用磁力表座等辅助设备将选定的车身覆盖件定位在平台上。2、开机自检打开三座标测量仪控制箱后面板总电源开关（电源要求：交流220V20V,50Hz，功率6
7、0W）。a.控制箱显示器应在2秒钟显示“HC2000”，同时蜂鸣器发声。b.小数显表“X”、“Y”、“Z”三轴显示器应同时显示“0.0.0”。3、测头安装与使用如使用测头，应在开机前将测头安装在划线头上，并连接好接插件。在用测头进行测量工作时，测头与被测工件接触后，测头指示灯发亮，同时控制箱蜂鸣器发声，小数显表显示当前三坐标测量值。要主要测头的运动速度，特别是在测头要接触到被测工件的瞬间，要放慢测头速度。目的：保护测头不会被撞坏；二，可以保证测量精度。4、微型打印机的使用上纸开关S1处于非“on”状态，将打印纸送入口，按下S3即可上纸。自检开关S2处于“TEST”状态，S1处于“on”状态，接
8、通电源，微打印机进入自检状态。打印出全部有效代码数字，然后打印出“TEST OK”工作开关S2处于非“TEST”状态，S1处于“ON”状态，则微型打印机进入工作状态。当接收命令时，即可打印数据信息。5、数据采集坐标轴清零三轴清零：当“C”键按下时都会使三轴坐标清零。单轴清零：当按下某一轴的符号“X”、“Y”、“Z”键后，再按下“C”键就会使某一轴的坐标清零。坐标轴的置数当某一坐标轴的符号“X”、“Y”、“Z”键被按下后，就可以输入所希望的数据（某一坐标轴符号键按下后，再按数据键才有效），此时在信息窗口显示键入的数据，然后按下确认键“E”，这样置入的数据就显示在小数显表的某一坐标轴上。建立零基准
9、点：作用是建立工件三轴坐标的零点或单轴的零点。当按下“F”、“0”时是建立三轴坐标的零点，按“F”、“X”、“0”或“F”、“Y”、“0”或“F”、“Z”、“0”时是建立单轴的零点。在建立三轴或单轴的零基准点操作时，相应坐标轴值应清零。选取该车身覆盖件的特征点为基准零点。在建立三轴基准点的时候，数显表的三轴坐标数据将停止不动，只有当测头或采点器发生中断后，表示三坐标建立基准点工作已实现，数显表恢复动态数显功能。6、打印功能：打印功能是将中断采点时的三坐标数据打印输出，或将存储缓冲区的采点数据群打印输出。打印功能的设置：反复按“F”、“P”键可设置手动、自动、非打印状态。M手动，A自动手动打印输
10、出：在手动打印和自动打印状态时，当按下“P”键时，微打印机可将上一次中断采点的三轴坐标值打印出来，如果机器处于禁止打印状态时，按“P”键不起作用。在手动打印状态下同时机器具有存储允许状态时，当按下“N”、“P”键后，微打印机将存储区存储的中断测量数据群顺序全部打印输出。自动打印输出：在自动打印状态情况下，每经过中断采点一次，机器将自动把中断采点时的三轴坐标值打印输出。7、存储功能：按下“F”“、“S”键可设置机器为自动存储、手动存储和非存储功能。在手动存储，按“S”键将上一次中断采点的三轴坐标值存入数据缓冲区，信息窗口将显示此三轴坐标数据的存储单元。8、数据传输功能：按下“F”“、“T”键可设
11、置机器为自动传输、手动传输和非传输功能。在自动传输状态下，设备可通过串行接口将测量数据自动传输到相接的电脑中，此时，在电脑中应将SZB.exe运行起来，选择点输入状态，并通过F2键进行设置，将数据输入状态设为串行输入，数据输出状态设为“存盘”。测量的数据文件将自动保存在与SZB一样的路径下。8、终止计数功能终止计数功能是通过按“B”键来实现。当按下“B”键后，信息显示窗口的BLOCK指示灯亮，表示机器停止数显计数，再按“B”键，BLOCK指示灯亮时，表示机器停止数显计数，再按“B”键，BLOCK指示灯灭时，则恢复数显计数。设置这一功能为在测量时更换测头的角度提供了极大的便利。无需在更换测头角度
12、后，重新寻找基准点。9、运用三坐标测量机对某车身覆盖件进行测量运用三坐标测量机对前翼子板外表面进行测量，分析表面特征，建立0基准点，比较采用不同测量方法的优劣，并将测量数据备份以便运用CATIA进行逆向设计用。四、实验教科书、参考书1、汽车车身结构与设计 机械工业 黄天泽 黄金陵2、汽车车身设计与制造 工业大学 雷雨成3、HC系列三坐标测量划线机使用说明书（5册） 航天机电集团三院三部丰台宇航新技术研究所编4、RS/6000工作站使用说明书 IBM编5、Catiav4使用说明书 IBM编实验二 基于CATIA实体和曲面建模技术一、实验目的：了解CATIA V5软件的优秀特点；熟悉CatiaV5
13、界面，熟练掌握CatiaV5软件的基本命令；掌握人机工程模块人体模型的创建方法；实体建模的方法；了解基本曲面建模方法，掌握逆向设计方法；二、实验设备与工作原理：RS/6000工作站高档微机CatiaV5微机版软件一套CatiaV4工作站版软件四套三、CATIA基础知识1.CATIA 代表的含义CATIAComputer Aided Three & Two Dimensional Interaction Application System计算机辅助三维/二维交互式应用系统。也有称为Computer Aided Three-dimensional Integrated Application2
14、CATIA V5的优秀特点（1）完全Windows风格（绝大多数操作和微软的软件相似）。（2） 三维的(Three dimensional)、相关联的(associative)、参数化的(parametric)的设计方法。（3） 基于特征的(feature-based)、模块化的 (modular)、兼容性好的(compatible)的设计。（4）易于为用户定制 (customized workbench )。3.CATIA中鼠标三键的使用（1）鼠标左键的功能：在该软件中用来预选择和选择对象，将鼠标放在任一元素上该对象就能被自动加亮，点击之后就能选中该对象。左键点击界面中的图标进行某个操作，选
15、中对象双击左键就能弹出该对象的定义对话框；（2）鼠标右键的功能：单击该键就能弹出所选中对象的快捷菜单；（3）鼠标中键的功能：按住中键就能上下左右平移选中整个模型；先按住中键后再按住左键或右键就能在三维空间中任意旋转对象；再松开左键或右键，就能任意缩放模型；以上三键的用法对于三维空间中的模型和二维的对象特征树的操作基本一致；特征树和三维模型之间的切换是用鼠标左键点击特征树的树杆或三维空间中右下角的坐标轴；4.CATIA中罗盘（compass）的使用（1）罗盘是用来指示模型的方向；（2）用来移动模型，左键点住罗盘的轴沿轴向平移，或者是平面在平面中平移，或罗盘的半园绕某轴旋转模型，罗盘上的点任意旋转。（3）模型中的独立元素：独立元素（datum element没有前驱即父元素），拖动罗盘至元素上，就
