1、机用虎钳逆向设计及运动仿真摘要：逆向工程作为近年来迅速发展的快速设计制造技术的重要分支，可大大缩短产品制造周期，因而在制造领域得到了广泛的应用。本文通过研究机用虎钳的逆向设计过程，来了解逆向工程的概念、方法以及逆向设计的整个工作流程。具体过程是通过采用三坐标测量机对机用虎钳进行测量扫描，建立机用虎钳的三维模型；然后根据机用虎钳的原始模型来进行改良，对产生问题的模型进行直接的修改和分析；然后再根据修正后的模型通过PRO/E软件绘制出最终的三维模型，并采用PRO/E对模型进行运动仿真，最后绘制机用虎钳的装配图和零件图，此方法有效地解决了机用虎钳难以精确测量的问题。与传统的正向设计方法相比,该方法提
2、高了工作效率,缩短了新产品的开发周期。关键词：逆向工程，PROE，建模，运动仿真Reverse design and movement simulation of machine viceAbstract：As an important branch ofrapid designin recent years the rapid developmentof manufacturingtechnology of reverse engineering,which cangreatly shorten the productmanufacturing cycle,so it is applied
3、widelyin the manufacturing field.This papermachine withreverse design processof vice,tounderstand the concept,the method of reverse engineeringand reversedesign of the entirework process.Specific process isthrough the use ofthree coordinate measuring instrument ofmachine vicewere measured byscanning
4、,establish the three-dimensional model ofthe machine vice.Thenaccording to the original modeltoimprovethe machine vice,throughmodification,testing and analysisofthemodeldirectly.Themachineworking principleof vice,characteristicsofthe main parametersof themachinevises,designofmachineparts,the structu
5、re sizeof vicecalculate correctly,get relativelyideal result,then according tothe modified modelbyPRO/Esoftware to draw thethree-dimensionalmodel ofthe final,and uses PRO/Esimulation exercisethe model,finally drawingmachineassemblyviceand parts diagram,this method effectively solves themachine viced
6、ifficult to measure accuratelythe problem.Compared with thetraditional top-down design method,this methodimproves the work efficiency,shorten thedevelopment cycle of new products.Keywords: Reverse engineering,PROE, Modeling, Motion simulation目 录1 前言-12 逆向工程和三坐标测量机-22.1 概述22.2 逆向工程22.2.1 逆向工程的定义22.2.
7、2 逆向工程的应用领域42.2.3 逆向工程在国内外研究状况62.3 三坐标测量机62.3.1 三坐标测量机的原理72.3.2 三坐标测量机的组成72.3.3 三坐标测量机的发展趋势103 机用虎钳-143.1 机用虎钳的工作原理143.2 机用虎钳的工作特点153.3 数据测量方法153.4 机用虎钳的测量163.5 数据处理及所存在的问题193.6 机用虎钳的改进204 PRO/E实体建模与运动仿真-224.1 PRO/E概述224.1.1 PRO/E的产生和发展224.1.2 PRO/E的主要特性234.2 机用虎钳各零件的建模244.3 机用虎钳的装配体图274.4 机用虎钳的运动仿真
8、27结论-29参考文献-30致谢-311 前言逆向工程是和将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。三坐标测量机是20世纪60年代发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。它广泛应用于制造、电子、汽车和航空航天等工业中。Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。本文通过研究机用虎钳的逆向设计过程，来了解逆向工程的概念、方法以及逆向设计的整个工作流程。具体过程是通过采用三坐标测量机对机用虎钳
9、进行测量扫描，建立机用虎钳的三维模型；然后根据机用虎钳的原始模型来进行改良，对产生问题的模型进行直接的修改和分析；然后再根据修正后的模型通过PRO/E软件绘制出最终的三维模型，并采用PRO/E对模型进行运动仿真，最后绘制机用虎钳的装配图和零件图。2 逆向工程和三坐标测量机2.1 概述作为产品设计制造的一种手段，在20世纪90年代初，逆向工程技术开始引起各国工业界和学术界的高度重视，从此以后，有关逆向工程技术的研究与应用就一直受到政府、企业和个人的关注，特别是随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用CAD/CAM技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向工程，已成为CAD/CAM领域的一个研究热点，
10、并成为逆向工程技术应用的主要内容。零件的数字化是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据，在这基础上进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。因而，高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一。根据测量探头是否和零件表面接触，零件表面数据采集方法可分为接触式数据采集和非接触式数据采集两大类。接触式包括基于力-变形原理的触发式和连续扫描式数据采集；而非接触式主要有激光三角测量法、激光测距法、光干涉法、结构光学法、图像分析法等。另外，随着工业CT技术的发展，断层扫描技术也在逆向工程中取得了应用。在接触非接触测量中，三坐标测量机（CMM）是广泛采用的一种测
11、量设备。2.2 逆向工程2.2.1 逆向工程的定义逆向工程（Reverse Engineering,RE），也称反求工程、反向工程等。逆向工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路，它是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程（或顺向工程），而产品的逆向工程是根据零件（或原型）生成图
12、样，再制造产品。它是一种以先进产品设备的实物、样件、软件（包括图样、程序、技术文件等）或影像（图像、照片等）作为研究对象，应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品的技术，是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术的结合。广义的逆向工程包括形状（几何）逆向、工艺逆向和材料逆向等诸多方面，是一个复杂的系统工程。如图2.1所示1：图2.1 顺向工程和逆向工程与传统意义上的正向设计相比较，逆向设计拥有以下几个方面的优点：（1） 有助于从概念到产品的快速制造，缩短了新产品的开发周期。（2） 加速产品的开发，降
13、低了产品的研发成本。（3） 逆向设计是对已有设计的再设计，可以从更高的起点设计出更好的产品。（4）正确合理应用逆向设计技术，可以在企业中建立快速的市场响应技术平台，在竞争中立于不败之地2。逆向工程被广泛地应用到新产品开发和产品改型设计、产品仿制、质量分析检测等领域,它的特点是:（1）缩短产品的设计、开发周期,加快产品的更新换代速度；（2）降低企业开发新产品的成本与风险；（3）加快产品的造型和系列化的设计；（4）适合单件、小批量的零件制造,特别是模具的制造,可分为直接制模与间接制模法。直接制模法:基于RP技术的快速直接制模法是将模具CAD的结果由RP系统直接制造成型。该法既不需用RP系统制作样件,也不依赖传统的模具制造工艺,对金属模具制造而言尤为快捷,是一种极具开发前景的制模方法;间接制模法:间接制模法是利用RP技术制造产品零件原型,以原型作为母模、模芯或制模工具(研磨模),再与传统的制模工艺相结合,制造出所需模具3。逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具制造。组成系统的设备软件主要包括：（1）测量机与测量探头测量机+测量探头是进行实物数字化的关键设备。测量机有三坐标测量机、多轴专用机、多轴关节式机械臂等；测量探头分接触式（触发探头、扫描探头）和非接触式
