基于快速成型技术的轿车车身覆盖件设计
摘要
论文研究目的为采用基于点云数据的逆向工程来设计某一型号轻卡驾驶室，并使用3D打印机进行快速成型。所用研究方法为以UG三维建模软件为辅助软件初步利用已经获得的某型号轻卡驾驶室的点云数据为框架初步建立模型，并完成后续细化工作。模型建立完成后导入magic rp软件检测无误后使用3D打印机进行快速成型打印。主要研究成果为：（1）将逆向工程运用到车身设计中，避免了正向设计，大大提高了设计效率，缩短了制造和设计时段，降低了开发成本，有效解决了普通汽车车身传统制造制造流程周期长，复杂曲面难以实现制造并达到光顺性要求，效率低下等缺点成为遏制我国汽车制造业发展的关键问题。（2）将逆向工程与快速成型技术有效结合形成完整的车身加工流程。与传统设计制造方法形成鲜明对比，体现了现代模型设计制造技术的革新。结论：（1）运用UG辅助软件进行了基础建模并完成了后续细化工作。（2）细化完成后为后续的快速成型再次对模型进行处理，并可以完成整套加工制造流程。
关键词：快速成型技术，3D打印，逆向工程
第一章 引言
1.1课题的目的和意义
随着科技的日益发展，计算机技术越来越多地应用于汽车设计和制造上。随着社会的快节奏进展速度，普通汽车车身传统制造制造流程周期长，复杂曲面难以实现制造并达到光顺性要求，效率低下等缺点成为遏制我国汽车制造业发展的关键问题。为适应现代技术要求，提高制造效率并保证制造质量，最终降低开发成本，需要引入能大大缩短开发周期并以CAD/PROE/UG等设计软件为基础的逆向设计工程和快速成型技术（3D打印技术）来设计具有复杂曲面、传统方法难以实现制造预期的驾驶室外形。运用点云覆盖建立CAD模型，分层设计汽车车身，并进行验证、校核和装配可解决中国汽车制造业质量不过关且制造周期长的缺点。快速成型技术迅猛发展，已经形成基础的发展体系，现今已经广泛使用并取得显著成效。国际上对该技术的研究已经渗入到医疗、机械等各个领域，也取得了一定的成绩。该技术发展前途非常广阔。以某一轻卡模型设计实验，可以全面理解快速成型技术与汽车车身制造的结合，从而达到学习目的并锻炼自己的能力。
1.2 国际上逆向工程和快速成型技术的进展
1.2.1轻卡驾驶室及其车身设计部分
赵冬（同济大学车辆工程硕士）在2000年11月完成毕业论文《汽车车身逆向工程理论与应用》，论述了计算机视觉在汽车造型设计过程中的应用，探讨了从两维图片恢复汽车车身造型面的方法和在实际中的应用[1]；马文胜、郎宝珠、刘卫老师（河北交通职业技术学院，河北科技大学）于2006年4月针对现在时代汽车车身的作用及构造特点，剖析了车身设计的要求与特点，并引见了传统车身设计措施，阐述了基于CAX的现代汽车车身设计方法——逆向工程，此方法在汽车设计理念、数学建模中具备疾速、高效的特点，发表《现代汽车车身外形设计方法》一文[2]；徐家川、雷雨成、洪英武、黄海波教授（同济大学、山东理工大学）于2007年4月发表《逆向工程中车身A级曲面的评价方法》一文，论述了汽车车身A级曲面的品质要求。按照曲线几何条件连续性，提出可采用控制顶点、曲率梳、斑马线和高斯曲率等措施对车身A级曲面的；里部质量和曲面连贯连续性精度进行了评估，并给出了一个综合评价体系。该评估体系可很好的评价曲面的总体品质，并能发现曲面存在的缺陷[3]；钱立军、董金富、吴阳年（合肥工业大学 机械与汽车工程学院）于2008年5月研究了Ls- dyna软件的应用，依照ECER29法规《对于就商用车驾驶室乘员维护赞同车辆的统一规则》中商用车驾驶室的实验措施和功用要求, 对中国某一设计开发中的轻型卡车的驾驶室依次进行了顶盖和后围安全性计算机仿真。按照仿真后果,查看驾驶室变形状况和人的生存空间, 为车身开发和安全性设计提供参考和指点，并发表《轻型卡车驾驶室顶盖和后围安全性仿真》一文[4]；张瑞乾、孙平（北京信息科技大学）于2009年6月发表《汽车车身逆向工程设计关键技术及应用》，表示逆向工程设计措施是汽车车身设计过程中的一个重要环节，也是一种疾速设计的工程方法。逆向工程设计重点包含如下进程：三维测量获得点云数据、数据处理、特征提取、曲面重构和曲面评估等。逆向设计并不是简略地复制，而是要在逆向过程中加上一些特征因素，以设计出工艺性更好、品质更高的产品的进程。该文重点讨论汽车车身逆向设计的关键技术和技术特点[5]。
1.2.2快速成型技术
焦向东，邓双成，张沛，佟泽民（北京石油化工学院）在2001年5月按照分层制造( 快速成型) 技术在模具制造技术中的作用对现阶段欧美已经投入应用的不同快速模具制造技术进行了研究 , 主要包括以快速成型件为母模的模具翻制方法 , 以快速成型件作为消失模的间接模具制造方法和以烧结成型为代表的快速模具制造方法 [6]；孙春华，陈雪芳，杜建红（苏州市数字化设计与制造技术重点实验室）于2011年2月在《“逆向工程与快速成型技术的应用”的课程开设》中组建了逆向工程与快速成型技术应用”课程的开设，是为了造就驾驭先进制作技术的应用型人才.以名目为驱动将知识点的教学贯通于项目教学的整个环节，采纳软件仿真、设施操作等教学手腕，并突破死板的考核形式，使学生在理解逆向工程和快速成型技术的根本理论知识基上，把握测量设备的应用、逆向产品设计的措施、快速成型的流程及典型快速成型设备的操作[7]；殷挺峰，李伟（河南机电职业学院）在2014年12月完成《快速成型技术的原理、特点和发展方向》这篇文章，简要介绍了几种典型的快速成型技术，归纳了当前快速成型技术所存在的问题并指出了快速成型技术的发展方向。光固化快速成型、熔融沉积、激光粉末烧结、叠层轮廓技术[8]。
1.2.3快速成型技术在车身设计上的应用
刘月辉、史春涛、郝志勇（天津大学）于2001年6月在《快速成型技术在汽车上的应用》一文中介绍了速成型技术的原理和实现方法，讲述了层叠制造、光固化立体成型、熔融沉积制造等快速成型制造方法，详细阐述了快速成型技术在汽车设计开发和生产制造中的应用，具体应用于零件设计原型的快速制造、发动机实验研究、快速模具的制造。指出快速成型技术是降低汽车开发成本、缩短开发周期的有效手段[9]；苏楚奇、刘磊、邓亚东（武汉理工大学汽车工程学院）在2004年针对传统车身设计开发过程中存在的问题，在《快速成型技术在车身设计开发中的应用》一文中讨论了将快速成型技术引入到车身设计开发中，使车身设计开发的周期显著缩短，设计的精度提高，减少人力和物力的浪费[10]；肖平（安徽工程大学）、赵夕长（奇瑞汽车股份有限公司乘用车工程研究院）在2012年1月4日发表《基于快速成型技术的汽车造型设计方法研究》，针对当前我国汽车造型设计的诸多困难之处，提出了适合我国汽车生产实际的基于快速成型技术的汽车造型没计方法，并以某款运动型轿车为例介绍了该方法的丰要步骤．该方法具有造型速度快、成本低、易于修改与实现、对设汁者的技术水平要求不高等特点．其与当前车身设汁方法的主要区别在于：利用彩色效果图直接建'上车身三维CAD模型；使用快速成型技术制造车身实体模型，并提出了光顺性分析的研究[11]。
目录
摘要 3
Abstract 3
第一章 引言 3
1.1课题的目的和意义 3
1.2 国际上逆向工程和快速成型技术的进展 3
1.2.1轻卡驾驶室及其车身设计部分 3
1.2.2快速成型技术 3
1.2.3快速成型技术在车身设计上的应用 3
1.3几种典型的快速成型技术 3
1.4 本课题的研究对象、预期目标和技术路线 3
1.4.1研究对象 3
1.4.2可行性分析及预期目标 3
1.4.3 技术路线 3
1.5 本论文各部分的主要内容 3
第二章 轻卡驾驶室的逆向设计 3
2.1逆向工程技术 3
2.1.1逆向工程技术的概念 3
2.1.2 基于UG逆向工程的常用命令 3
2.2 某型号轻卡驾驶室的具体逆向设计流程 3
2.2.1 点云的获得及处理 3
2.2.2 驾驶室的特征分块及前期工作 3
2.2.3 驾驶室侧围曲面的拟合及细化处理 3
2.2.4 驾驶室前围曲面的拟合及细化处理 3
2.2.5 驾驶室后围曲面的拟合及细化处理 3
2.2.6 驾驶室顶盖曲面的拟合及细化处理 3
2.2.7 驾驶室各部分的连接及细化处理 3
2.2.8驾驶室光顺性评价 3
2.3 某型号轻卡驾驶室逆向设计中常见问题及解决办法 3
2.4 本章小结 3
第三章 某型号轻卡驾驶室的快速成型准备 3
3.1 快速成型的概念、前景及意义 3
3.2 轻卡驾驶室的快速成型准备 3
3.3 本章小结 3
第四章 总结与展望 3
4.1逆向工程的总结展望 3
4.2 快速成型技术的总结展望 3
参考文献 3
致谢及声明 3
参考文献
[1]赵冬，《汽车车身逆向工程理论与应用》，同济大学，2000年
[2]马文胜，郎宝珠，刘卫，《现代汽车车身外形设计方法》，河北交通职业技术学院，2006年
[3]徐家川，雷雨成，洪英武，黄海波，《逆向工程中车身A级曲面的评价方法》，同济大学，山东理工大学，2007年
[4]钱立军、董金富、吴阳年,《轻型卡车驾驶室顶盖和后围安全性仿真》,合肥工业大学 机械与汽车工程学院,2008年
[5]张瑞乾，孙平，《汽车车身逆向工程设计的关键技术及应用》，北京信息科技大学，2009年
[6]焦向东，邓双成，张沛，佟泽民，《基于快速成型原理的模具制造技术》，北京石油化工学院，2002年
[7]孙春华,陈雪芳，杜建红,《“逆向工程与快速成型技术应用”》课程教学探讨，长苏州市职业大学, 2011年
[8]殷挺峰，李伟，《快速成型技术的原理、特点和发展方向》，河南机电职业学院，2014年
[9]刘月辉，史春涛，郝志勇，《快速成型技术在汽车上的应用》，天津大学，2001年
[10]苏楚奇，刘磊，邓亚东，《快速成型技术在车身设计开发中的应用》，武汉理工大学汽车工程学院，2004年
[11]肖平，照夕长，《基于快速成型技术的汽车造型设计方法研究》，安徽工程大学，奇瑞汽车股份有限公司，2012年
[12]刘万里，马强，孙大许，闫永刚，孙志勇，张海新，《UG在逆向工程中的应用》，2005年
[13]兰凤城，石柏军，陈吉清，《基于参数曲面建模的车身表面逆向设计研究》，博蓝科技开发公司，华南理工大学汽车工程学院，2007年
[14]陈唐启，《工业设计中的快速成型技术》，烟台南山学院，2012年
[15]王诗恩，《CAD/CAE技术在车辆驾驶室设计中的应用》，上海拖拉机内燃机公司，2000年
[16]王庆，梁刚，张智，《基于CATIA的逆向工程在汽车车身设计中的应用》，2005年
[17]翟伟良，《基于UG汽车车身建模》，华南理工大学，2014年
[18]王熙宁，郭新华，宋宝玉，《计算机辅助汽车驾驶室设计》，哈尔滨工业大学，机电工 程学院，2004年
[19]徐亮，杨雄，刘栋，《基于UG+CAE的典型截面分析研究》，上海通用五菱汽车股份有限公司技术中心车体及福建设计科，桂林电子科技大学，2013年
[20]张培（硕士）张洛平（导师），《基于快速成型的三维模型数据处理技术研究》，河南科技大学机械设计制造及其自动化，2011年
[21]Teaching of 《“Technological Application of Reverse Engineering and Rapid Prototype”Course》, SUN Chun-hua,CHEN Xue-fang,DU Jian-hong
[22]《Application of CATIA-based on Reverse Engineering in Automobile Body Design》,WangQing,LiangGang,ZhangZhi
[23]《Computer Aided Design of Automobile Cabin》, Wang Xining,Guo Xinhua
[24]《Developing State and Research Trends of Rapid Prototyping Technology》, Niu Aijun,Dang Xinan,Yang Lijun
[25]《A Simulation of security on the roof and rear-wall of a light truck cab》, Qian Lijun,Dong Jinfu,Wu Yangnian
www.bylw520.net www.bylw520.net/html/4458.html www.bylw520.net/html/4457.html www.bylw520.net/html/4456.html
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