發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋逆向設(shè)計(jì)

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 機(jī)械零件反求設(shè)計(jì)(B)學(xué) 生：李 忠 鵬學(xué) 號(hào)：04071010110專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)2004級(jí)2班指導(dǎo)教師：陳 敏 四川理工學(xué)院機(jī)電工程系二OO八年六月四 川 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論文）題目： 機(jī)械零件反求設(shè)計(jì)（B） 系： 機(jī)電工程系 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 04071010110 學(xué)生： 李忠鵬 指導(dǎo)教師： 陳 敏 接受任務(wù)時(shí)間 2008.02.25 教研室主任 （簽名）系主任 （簽名）1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求（1）基本設(shè)計(jì)參數(shù)：指定機(jī)械零件（2）主要內(nèi)容及基本要求 對(duì)指定的

2、零件的曲面進(jìn)行三維掃描，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)線擬合與曲面重構(gòu)，用Imageware和UG完成CAD模型構(gòu)造。完成零件圖繪制，完成論文或說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)。2指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說(shuō)明逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用 王霄，劉會(huì)霞，梁佳洪等編著. 化學(xué)工業(yè)出版社Imageware逆向造型技術(shù)基礎(chǔ) 單巖，謝斌飛編著. 清華大學(xué)出版社精通UG NX 4.0 杜立彬，石勇，郭旭偉，零點(diǎn)工作室. 電子工業(yè)出版社以及反求設(shè)計(jì)有關(guān)文獻(xiàn)資料3進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱起 止 日 期1查閱資料，學(xué)習(xí)反求設(shè)計(jì)有關(guān)的基本知識(shí)2008.02.25-2008.03.102進(jìn)行零件的三維掃描，CAD三維建模2008.03.11-2008

3、.04.053進(jìn)行零件圖設(shè)計(jì)2008.04.06-2008.05.054完成論文或說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)2008.05.06-2008.05.205設(shè)計(jì)圖紙與說(shuō)明書(shū)的校對(duì)2008.05.21-2008.05.30摘 要傳統(tǒng)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)通常是從概念設(shè)計(jì)到圖樣，再制造出產(chǎn)品，是一個(gè)“從無(wú)到有”的過(guò)程，但由于在原始設(shè)計(jì)階段，需要大量的時(shí)間和人力、物力。所以不利于在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)。在這種情況下，逆向工程孕育而生。簡(jiǎn)單的說(shuō)，它是一個(gè)“從有到無(wú)”的過(guò)程，根據(jù)以有產(chǎn)品反向推出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。氣缸蓋是柴油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中難度較大的重要零件之一。這次設(shè)計(jì)主要通過(guò)用3D CaMega光學(xué)三維掃描系統(tǒng)測(cè)量得到氣缸蓋三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)點(diǎn)

4、云進(jìn)行處理。然后應(yīng)用Imageware軟件對(duì)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到主要輪廓的三維曲線，并按主要特征加以分割。通過(guò)逆向造型軟件UG NX 4.0根據(jù)按主要特征分割的曲線進(jìn)行模型重構(gòu)。設(shè)計(jì)論文中闡述了氣缸蓋的工作條件、材料、設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)形式和布置；介紹了三維掃描系統(tǒng)的分類、測(cè)量原理、兩種不同測(cè)量方式的優(yōu)缺點(diǎn)和測(cè)量的一般步驟；對(duì)Imageware軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹和如何運(yùn)用它對(duì)氣缸蓋點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云對(duì)齊、輪廓點(diǎn)云的提取、曲線擬合和分割；根據(jù)這些數(shù)據(jù)，運(yùn)用UG NX 4.0完成對(duì)實(shí)體的造型，以及對(duì)UG NX 4.0的簡(jiǎn)單介紹和如何完成實(shí)體模型重構(gòu)。最后通過(guò)重建的模型得到氣缸蓋的零件圖紙等技

5、術(shù)文件。關(guān)鍵詞：氣缸蓋；逆向工程；測(cè)量；Imageware；UG NX 4.0ABSTRACTTraditional products is usually from conceptual design to design and then create products, is a "from scratch" in the process, but because the original design stage, needs a lot of time and manpower and material resources. It is not conducive

6、to competition in the market. In this case, reverse-engineering breeding lives. Said simply that it is one “from has to not having” the process, according to by has the product to promote the product reverse the design feature. Diesel engine cylinder head is more difficult structural design of one o

7、f the important parts.The design used primarily by 3 D CaMega three-dimensional optical scanning system cylinder head measured 3-D point cloud data, and point cloud processing. Imageware software application and then get on the point cloud data fitting, are the main outline of the three-dimensional

8、curves, and major features to be separated. Through reverse modeling software UG NX 4.0 based on the main features of the split curve model Reconstruction. Papers in the design of the cylinder head on the working conditions, materials, design, structure and layout; Introduced the three-dimensional s

9、canning system of classification, measuring principle, two different measurement methods and measuring the advantages and disadvantages of the general steps; Imageware simple software for the introduction and use of its cylinder head point cloud data point cloud alignment, the outline of the extract

10、ion point cloud, curve fitting and segmentation; Based on these data, the use of UG NX 4.0 on the completion of the entity modeling, and the UG NX 4.0 on a simple model of entities and how to complete reconstruction. Finally, the redevelopment of the cylinder head model, drawings, and other parts of

11、 the technical documents.Keywords: Cylinder head; Reverse engineering; Measurement; Imageware; UG NX 4.0目 錄 摘 要ABSTRACT.第1章 緒論1第2章 氣缸蓋.22.1 氣缸蓋的工作條件和設(shè)計(jì)要求2氣缸蓋的工作條件2對(duì)氣缸蓋的設(shè)計(jì)要求32.2 氣缸的材料32.3 氣缸蓋的結(jié)構(gòu)型式42.4 氣缸蓋的結(jié)構(gòu)選型與布置5氣缸蓋火力面的布置5氣道的布置，形狀，尺寸6氣缸蓋螺栓的布置7氣缸蓋主要尺寸的確定72.5 氣缸蓋熱負(fù)荷和冷卻水流的組織8第3章 逆向工程概論 .103.1 逆向工程的定義10

12、3.2 逆向工程的工作流程113.3 逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域123.4 逆向工程的局限性13第4章 逆向工程測(cè)量系統(tǒng).154.1 概述154.2 接觸式測(cè)量15三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的原理16三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成16接觸式測(cè)量的優(yōu)、缺點(diǎn)164.3 非接觸式測(cè)量17非接觸式測(cè)量的分類及原理17非接觸式的優(yōu)、缺點(diǎn)19第5章 3D CaMega光學(xué)三維掃描系統(tǒng).215.1 單機(jī)的外觀及主要構(gòu)件215.2 3D CaMega光學(xué)三維掃描系統(tǒng)的軟件模塊及其功能225.3 氣缸蓋的測(cè)量過(guò)程24第6章 Imageware逆向造型軟件.286.1 Imageware簡(jiǎn)介286.2 氣缸蓋點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理29 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的對(duì)齊29

13、氣缸蓋點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊31 輪廓點(diǎn)云的提取33 曲線擬合34第7章 UG模型重構(gòu).377.1 UG建模工作環(huán)境377.2 氣缸蓋實(shí)體造型.38氣道的造型.38燃燒室的實(shí)體造型39水腔的造型40.417.3零件圖的繪制 .43第8章 總 結(jié).44參考文獻(xiàn).45致 謝.46第1章 緒論 隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在消費(fèi)者高質(zhì)量的要求下，功能上的需求已不再是贏得市場(chǎng)的惟一要求。產(chǎn)品不僅要具有先進(jìn)的功能，還要有流暢、造型富有個(gè)性的產(chǎn)品外觀，以吸引消費(fèi)者的注意。而流暢、造型富有個(gè)性的產(chǎn)品外觀要求必然會(huì)使得產(chǎn)品外觀由復(fù)雜的自由曲面組成。但是，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式基于產(chǎn)品或構(gòu)件的功能和

14、外形，由設(shè)計(jì)師在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design, CAD）軟件中構(gòu)造，即正向工程很難用嚴(yán)密、統(tǒng)一的數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述這些自由曲面。為適應(yīng)現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，需要將實(shí)物樣件或手工模型轉(zhuǎn)化為CAD數(shù)據(jù)，以便利用快速成形系統(tǒng)（Rapid Prototyping, RP）、計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacture, CAM）系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management, PDM）等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理和管理，并進(jìn)行進(jìn)一步修改和再設(shè)計(jì)優(yōu)化。此時(shí)，就需要一個(gè)、一體化的解決方案：樣品->數(shù)據(jù)->產(chǎn)品。逆向工程就專門(mén)為制

15、造業(yè)提供了一個(gè)全新、高效的重構(gòu)手段，實(shí)現(xiàn)從實(shí)際物體到幾何模型的直接轉(zhuǎn)換。作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的一種手段，在20世紀(jì)90年代初，逆向工程技術(shù)開(kāi)始引起各國(guó)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。從此以后，有關(guān)逆向工程技術(shù)的研究與應(yīng)用就一直受到政府、企業(yè)和個(gè)人的關(guān)注，特別是隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，利用CAD/CAM技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)物的逆向工程，已成為CAD/CAM領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，并成為逆向工程技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容。在本次設(shè)計(jì)中，主要是針對(duì)單缸柴油機(jī)的氣缸蓋進(jìn)行反求設(shè)計(jì)，對(duì)其氣道，燃燒室以及水腔復(fù)雜曲面的參數(shù)是無(wú)法通過(guò)直接測(cè)量得到的，要完成對(duì)氣缸蓋的造型，就必須得到這些復(fù)雜曲面的參數(shù)。通過(guò)直

16、接的方式是不能得到這些數(shù)據(jù)的，所以在本次設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用了三維彩色數(shù)字化系統(tǒng)3D CaMega單機(jī)系統(tǒng)CS系列，對(duì)汽缸蓋分層掃描，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行瞬間拍攝，得到被測(cè)物被銑表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。采用CloudForm三維數(shù)據(jù)處理軟件利用物體表面的紋理數(shù)據(jù)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后運(yùn)用Imageware軟件對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)線擬和，完成空間曲線的構(gòu)建，通過(guò)逆向造型設(shè)計(jì)軟件UG完成模型的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸蓋的造型，從而體現(xiàn)反求設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。第2章 氣缸蓋2.1 氣缸蓋的工作條件和設(shè)計(jì)要求氣缸蓋的工作條件 氣缸蓋是組成燃燒室主要部件之一，它與氣缸套、活塞部件共同組成燃燒空間。船用柴油機(jī)氣缸蓋結(jié)構(gòu)形式繁多。隨著換氣方

17、式的不同，氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式也各異，其中四沖程柴油機(jī)汽缸蓋的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，問(wèn)題也多。在氣缸蓋上通常布置有進(jìn)排氣閥、噴油嘴、示功閥、啟動(dòng)閥、安全閥以及進(jìn)排氣閥的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。這些因素使得氣缸蓋成為柴油機(jī)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的零件之一。所以，氣缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到柴油機(jī)的可靠性及維修方便的程度。氣缸蓋的工作條件也是極其嚴(yán)酷的。如圖2-1所示氣缸蓋的結(jié)構(gòu)。圖2-1 氣缸蓋的結(jié)構(gòu)氣缸蓋的底面，即所謂的火力面則直接受到高溫高壓燃汽的沖刷和腐蝕，使得底面承受很大的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。低面在爆發(fā)壓力的作用下產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，由于進(jìn)氣道與排氣道和燃燒室之間的溫度極不一致，在這樣的結(jié)構(gòu)中由各部分的溫差也引起很大的熱應(yīng)

18、力。柴油機(jī)的燃燒壓力很高，因而對(duì)氣缸蓋的剛度、強(qiáng)度、密封性的要求也更高。只有在較大的缸蓋螺栓預(yù)緊力的作用下，才能保證氣缸蓋得到很好的密封性。螺栓預(yù)緊力使氣缸蓋承受壓縮應(yīng)力，并與燃?xì)鈮毫餐箽飧咨w受到彎曲作用。氣缸蓋底面上的溫度分布也是極不均勻的。由于低面溫度不均而引起的氣缸蓋低面膨脹，又受到缸蓋低面螺栓的約束，因此在低面上產(chǎn)生了相當(dāng)大的壓縮應(yīng)力。同時(shí)在火力面上受到加熱而水腔側(cè)面受到冷卻，由于其自由變形也受到與頂面連接的氣道，氣閥管道的限制而產(chǎn)生附加彎曲熱應(yīng)力。再加上進(jìn)排氣道的熱應(yīng)力也極不一致，使低面在進(jìn)排氣道之間的閥座孔口“鼻梁區(qū)”的應(yīng)力最為嚴(yán)重。從而造成氣缸蓋低面熱疲勞裂紋。這些帶有強(qiáng)烈沖

19、擊性的熱負(fù)荷會(huì)使缸蓋產(chǎn)生變形，在個(gè)別嚴(yán)重的情況下，會(huì)造成閥座的劇烈磨損，氣閥導(dǎo)套咬死，裂紋擴(kuò)展而造成漏水，漏氣等，致使發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作。 對(duì)氣缸蓋的設(shè)計(jì)要求從上面所分析的氣缸蓋的作用和工作條件出發(fā)，設(shè)計(jì)氣缸蓋時(shí)應(yīng)滿足下列要求：1、 根據(jù)混合氣形成和燃燒方式，布置較合適的燃燒室型式；進(jìn)排氣閥和噴油器等的位置；2、 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便在承受機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生較小的變形并能可靠的工作；3、 結(jié)構(gòu)形狀盡可能地簡(jiǎn)單，布置上力求對(duì)稱。厚薄盡量均勻，并具有一定的順讓性以減少鑄造內(nèi)應(yīng)力和運(yùn)行時(shí)的熱應(yīng)力；4、 組織有效的冷卻水流程，盡可能保證高溫部位得到良好的冷卻，促使氣缸蓋的溫度分布均勻些，從

20、而避免閥孔口之間形成熱裂紋；5、 進(jìn)排氣道的布置要得到盡可能小的氣體流動(dòng)阻力；6、 總體的布置上必須考慮維修的方便和制造的工藝性等。2.2 氣缸的材料氣缸蓋本體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件惡劣，選擇合適的材料是設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)之一。從熱強(qiáng)度考慮，要求材料的導(dǎo)熱系數(shù)大、高溫持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度高，彈性系數(shù)和線膨脹系數(shù)??；從機(jī)械強(qiáng)度考慮要求材料的疲勞強(qiáng)度高；從剛度考慮要求材料彈性系數(shù)大；從制造工藝考慮要選擇流動(dòng)性好、易焊接、機(jī)械加工工藝性好的材料。有些要求是相互矛盾的，必須根據(jù)柴油機(jī)的設(shè)計(jì)要求來(lái)選擇教合適的材料。目前，柴油機(jī)最常用的材料有鑄鐵、鑄鋼、及鑄鋁等。（一） 鑄鐵優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉、澆鑄性能好、適合于澆鑄相

21、當(dāng)復(fù)雜的汽缸蓋?；诣T鐵是澆鑄氣缸蓋最常用的材料。一般能在300350以下長(zhǎng)期地工作。超過(guò)溫度強(qiáng)度會(huì)急劇下降。它的缺點(diǎn)是導(dǎo)熱性差。但其澆鑄流動(dòng)性好廢品率低成本低、加工性能好。所以氣缸直徑在400毫米以下時(shí)采用灰鑄鐵作為氣缸蓋材料較為普遍。合金鑄鐵也用的很普遍。即加入適量的金屬元素會(huì)細(xì)化晶粒提高材料的耐熱性。能在350400以下長(zhǎng)期工作。因此，一般增壓柴油機(jī)氣缸蓋都要求加入合金元素。合金鑄鐵經(jīng)熱處理后的金相組織，無(wú)定向的細(xì)小片狀石墨，基提為珠光體，允許殘留分散的510%的鐵素體。 球墨鑄鐵 在氣缸直徑大于約400毫米時(shí)，有些氣缸蓋采用球墨鑄鐵制成。在氣缸直徑較大時(shí)，盡管經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)使其底板的最高溫

22、度不超過(guò)350，但其熱應(yīng)力，特別是徑向應(yīng)力和圓周應(yīng)力都隨著汽缸直徑的增大而增大，經(jīng)不住較大塑性變形的長(zhǎng)期考驗(yàn)。這時(shí)常常選用比灰鑄鐵性能好的球墨鑄鐵材料。目前常用的球墨鑄鐵的牌號(hào)為QT602，起抗拉強(qiáng)度為60公斤/c;延伸率為2%。金相組織一般要求球化率大于90%；基體為珠光體，鐵素體應(yīng)小于10%。（二） 鑄鋼由于灰鑄鐵和球墨鑄鐵的塑性較差，對(duì)于大缸徑的氣缸蓋仍然經(jīng)不住長(zhǎng)期的重疊疲勞的考驗(yàn)。少數(shù)大缸徑中速機(jī)采用鑄鋼；低速大型柴油機(jī)幾乎都采用鑄鋼。鑄鋼允許最高溫度可超過(guò)400。它的塑性好，最大的缺點(diǎn)是鋼水的流動(dòng)性差，鑄造較困難，易產(chǎn)生鑄造缺陷，一般允許焊補(bǔ)。（三） 鑄鋁鑄鋁在溫度低于250時(shí)具有較

23、高的強(qiáng)度。它的導(dǎo)熱性好，可使底面溫度降低。且它的熔點(diǎn)低，鑄造；流動(dòng)性能好，很適合鑄造形狀復(fù)雜的零件，重量也輕。但是，鑄鋁的致命缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、剛性差、塑性變形大、膨脹系數(shù)大、成本高。所以只有個(gè)別受嚴(yán)格重量限制或者有低磁性要求的高速柴油機(jī)才采用鑄鋁氣缸蓋。2.3氣缸蓋的結(jié)構(gòu)型式柴油機(jī)的氣缸蓋大部分制成單體式氣缸蓋，即每缸一蓋。從解決氣缸蓋處的密封性來(lái)看，特別是在采用濕式氣缸套的條件下，選用單體氣缸蓋可以得到較高的可靠性。對(duì)于大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，單體式氣缸蓋有著較大的自由變形余地，熱應(yīng)力的問(wèn)題比較容易解決。單體氣缸蓋在制造維修方面均比較方便，鑄造質(zhì)量易保證，能減少?gòu)U品率，相對(duì)地來(lái)講簡(jiǎn)化了加工工藝；發(fā)生

24、故障時(shí)，只需拆檢有關(guān)的一只氣缸蓋。從產(chǎn)品變型來(lái)看，采用單體式氣缸蓋也有較大的適應(yīng)性。目前，柴油機(jī)一般是用高速?gòu)?qiáng)化的方法,或者采用系列化變型產(chǎn)品,得到寬廣的功率范圍,因而采用單體式氣缸蓋結(jié)構(gòu)也日益增加。當(dāng)氣缸直徑較小時(shí)，要采用單體式氣缸蓋是有困難的。因?yàn)楦鞑糠值谋诤窈湍嘈窘孛娉叽缡艿皆煨秃丸T造條件的限制而不能太小，這樣就不能在保證有適當(dāng)?shù)谋诤窈湍嘈境叽绲那疤嵯?，得到既有足夠尺寸的氣道面積有有較合適的氣缸中心距。這時(shí)通常采用整體式氣缸蓋，即一列缸一蓋，有四缸或六缸一蓋的。整體式氣缸蓋可以省去兩缸之間重復(fù)的水腔壁厚，進(jìn)排氣道的引出和布置也較簡(jiǎn)單化些。因而它的質(zhì)量比單體式氣缸蓋輕些，同時(shí)外部輔助設(shè)備和

25、附件的布置也較為方便。如圖2-2所示，這個(gè)氣缸蓋它是鑄鐵鑄造成的單體式氣缸蓋，氣缸蓋上布置一個(gè)進(jìn)氣閥和一個(gè)排氣閥。進(jìn)排氣道分置于氣缸蓋的兩側(cè)，為了獲得氣體旋轉(zhuǎn)，將進(jìn)氣道制成螺旋圖2-2 氣道剖面形狀，并制成從進(jìn)氣口到閥座的面積逐漸減小，好使進(jìn)氣流速逐步增加。進(jìn)排氣閥閥孔均鑲有閥座圈，其目的是為了減小氣閥的磨損。提高氣缸蓋的壽命。氣缸蓋一端設(shè)置預(yù)燃室，預(yù)燃室的噴嘴開(kāi)有噴孔，上部裝置噴油嘴。柴油機(jī)的平均有效壓力不斷地提高著，氣缸蓋的熱負(fù)荷亦不斷地增大。在研制的過(guò)程中，常常發(fā)生氣缸蓋熱裂的現(xiàn)象。對(duì)此進(jìn)行了大量研究工作，在氣缸蓋結(jié)構(gòu)上采用相應(yīng)的措施。其中主要是加強(qiáng)對(duì)氣缸蓋底面的冷卻；提高氣缸蓋的剛度和

26、選用合適的材料等。為了降低進(jìn)排氣流道中的壓力損失，通過(guò)在模型上作穩(wěn)流試驗(yàn)來(lái)確定氣閥的最佳結(jié)構(gòu)和進(jìn)排氣流道的最佳橫截面；有效的防止了空氣流入燃燒室時(shí)產(chǎn)生的紊流，減少了進(jìn)排氣留道中增壓空氣和排氣壓力的損失。2.4氣缸蓋的結(jié)構(gòu)選型與布置氣缸蓋的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)選型，要根據(jù)柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。在已經(jīng)確定了沖程數(shù)、掃氣方式和燃燒方式，以及氣缸中心距，總體布置允許的最大尺寸等的基礎(chǔ)上，決定氣缸蓋上是否要布置進(jìn)排氣閥。如果采用開(kāi)式燃燒室則氣缸蓋底面一般為平面形狀；如用分隔式燃燒室則要布置預(yù)燃室。氣缸的中心距決定了氣缸蓋的縱向最大尺寸。進(jìn)排氣管布置在氣缸蓋的一側(cè)還是兩側(cè)，就決定了氣缸蓋中的進(jìn)排氣道的方向。柴油

27、機(jī)的主要性能指標(biāo)，如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，平均有效壓力，最大爆發(fā)壓力和燃油消耗率等，確定了氣缸蓋的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷的大小，柴油機(jī)的質(zhì)量指標(biāo)和使用壽命。根據(jù)這些已知條件開(kāi)展氣缸蓋的設(shè)計(jì)工作。氣缸蓋火力面的布置氣缸蓋的設(shè)計(jì)應(yīng)從火力面的布置開(kāi)始，其中包括燃燒室的布置，各種流道的選擇和布置等。燃燒室在氣缸蓋底面上的形狀，可與燃燒室設(shè)計(jì)配合逐步形成，大多數(shù)火力面是平面或盆形面。配合氣閥機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)確定進(jìn)排氣閥數(shù)目和型式。若為非增壓和低增壓的四沖程柴油機(jī)可設(shè)計(jì)成最簡(jiǎn)單的一個(gè)進(jìn)氣閥和一個(gè)排氣閥的二氣閥機(jī)構(gòu)。通常氣閥與氣缸套壁之間的距離最小為，為氣缸直徑。數(shù)值太小時(shí)，將使進(jìn)氣充量受到影響。二個(gè)氣閥喉口之間或氣閥口和噴油

28、器孔間的最小寬度應(yīng)留有約。這樣就限制了氣閥喉口直徑，在二氣閥機(jī)構(gòu)中，氣閥喉口直徑約為。在非增壓的柴油機(jī)中，為了提高充氣效率，選用進(jìn)氣道的喉口直徑比排氣喉口大10%左右；增壓柴油機(jī)進(jìn)排氣喉口通常選得一樣大小。若增壓度稍高時(shí)，則應(yīng)考慮選用二個(gè)進(jìn)氣閥和兩個(gè)排氣閥的四氣閥機(jī)構(gòu)，這時(shí)氣閥喉口直徑約為。也有極個(gè)別的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如MD872型柴油機(jī)，采用三個(gè)進(jìn)氣閥和三個(gè)排氣閥的六氣閥機(jī)構(gòu)，這是最多的了，這時(shí)氣閥喉口直徑約為。二沖程直流掃氣發(fā)動(dòng)機(jī)可選用單氣閥結(jié)構(gòu)，這時(shí)氣閥喉口直徑約為，這種結(jié)構(gòu)僅在低速柴油機(jī)中采用。也有采用三氣閥機(jī)構(gòu)，約為。氣閥數(shù)目多，氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性小，氣閥通道的面積大，特別是氣閥的圓周長(zhǎng)度

29、達(dá)，有利于排氣能量的利用；在采用脈沖增壓系統(tǒng)的柴油機(jī)中，對(duì)出排氣能量的利用更為有利，但是氣閥數(shù)目越多，氣缸蓋的設(shè)計(jì)越復(fù)雜。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件也多，對(duì)柴油機(jī)工作的可靠性又不利的影響。根據(jù)氣閥數(shù)目和燃燒室形狀確定噴油器的布置。若采用預(yù)燃室時(shí)，把預(yù)燃室布置在氣缸中心的位置上，其上安裝噴油器。采用開(kāi)式燃燒室時(shí)，三個(gè)氣閥以上的結(jié)構(gòu)，一般都把噴油器布置在氣缸中心線上或稍偏移些。如是二個(gè)氣閥則可偏置，且和氣缸中心線偏離一個(gè)角度，這樣氣閥直徑可選得大些。如果是二沖程單氣閥結(jié)構(gòu)，一般在氣缸蓋上需要布置兩個(gè)噴油器，也有個(gè)別大缸徑柴油機(jī)，為了保證燃油霧化和空氣的良好混合，在氣缸蓋上均勻地布置三個(gè)噴油器。在火力面上還需要布

30、置啟動(dòng)空氣孔，安全閥孔等。氣道的布置，形狀，尺寸進(jìn)排氣道的布置、尺寸和形狀對(duì)柴油機(jī)的充分效率，排氣能量的利用有相當(dāng)大的影響。氣道在氣缸蓋中占有很大的空間，它的布置不但影響換氣的效果，而且也影響氣缸蓋金屬材料的分布和結(jié)構(gòu)形狀的對(duì)稱性。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，氣道喉口直徑盡量取大些，但氣閥與氣缸套間的距離不能太小，否則加大喉口的效果反受影響。另外，喉口之間或喉口與噴油器孔之間的距離也不能太小，一般約為，為氣缸直徑。在確定進(jìn)排氣道的形狀和截面變化時(shí)，應(yīng)注意提高充分效率和降低排氣能力的損失，因此，從氣閥座附近的最小截面到進(jìn)出口處的截面應(yīng)該是逐漸和均勻的擴(kuò)大到閥座截面積的倍。任何截面的突變，急速的過(guò)渡都應(yīng)該

31、盡量避免。如圖2-3所示， 圖2-3 氣道的不同截面面積變化在火力面上首先確定閥座的直徑，然后確定最小喉口直徑，進(jìn)排氣道一般均相應(yīng)地取約為，這一小段可以將他們的內(nèi)徑通過(guò)一小半徑的曲線相連接得到。對(duì)于普通氣道而言，其彎曲部分的內(nèi)側(cè)半徑大約可選氣閥直徑的倍。目前，廣泛地采用氣缸蓋或氣缸蓋的模型進(jìn)行氣道吹風(fēng)試驗(yàn)，來(lái)得到相對(duì)最佳的氣道形狀和尺寸。氣缸蓋螺栓的布置氣缸蓋螺栓是氣缸蓋與氣缸體之間的連接件，它的位置對(duì)于氣缸蓋和氣缸體的受力情況，氣缸蓋和氣缸套之間的密封可靠性以及氣缸套的變形量等都有直接影響?？梢钥闯鰵飧咨w螺栓的布置直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性與耐久性。因此，在布置氣缸蓋螺栓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

32、1、螺栓的數(shù)目要足夠多。增加數(shù)目可以使氣缸蓋和氣缸套、機(jī)體之間均勻的壓緊，減小氣缸蓋的安裝應(yīng)力、底面變形和氣閥座的變形，對(duì)氣閥的密封性有利。增加數(shù)目也相對(duì)的減小了他們之間的距離，使氣缸蓋對(duì)密封墊片的壓緊力更加均勻，減少了沖墊的可能性，使他們之間的密封性容易得到保證。但布置時(shí)要考慮到氣道流向、水腔的形狀以及氣缸中心距等。一般，中速機(jī)為個(gè)氣缸蓋螺栓；低速機(jī)為個(gè)。2、為了減少氣缸蓋在氣體壓力作用下產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和變形，螺栓的布置應(yīng)近可能地離氣缸中心線近一些，一般約為倍的氣缸直徑，但是太近則往往會(huì)引起氣缸變形。3、應(yīng)使每個(gè)；螺栓分擔(dān)盡可能相同的氣體爆發(fā)壓力。因此，對(duì)于單體式氣缸蓋，通常總是盡量均勻而對(duì)稱

33、的分布在氣缸蓋的周圍。氣缸蓋主要尺寸的確定氣缸蓋通常為一箱形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部構(gòu)形十分的復(fù)雜。而它所承受的負(fù)荷既有機(jī)械的，又有熱力的，并且均隨時(shí)間周期變化著，因而它的受力是十分復(fù)雜的。對(duì)于這樣復(fù)雜的機(jī)件要用計(jì)算的方法確定其各部分的應(yīng)力和尺寸，在目前條件下仍然是很困難的。所以，有關(guān)氣缸蓋主要尺寸的確定常常只能依靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和以試驗(yàn)研究為依據(jù)。氣缸蓋的高度與所選用的氣閥機(jī)構(gòu)，氣道布置等因素有關(guān)。增加高度可以提高氣缸蓋的剛度，改善氣缸蓋與氣缸套之間的密封性，以及減少氣缸蓋螺栓的交變應(yīng)力幅等。另一個(gè)關(guān)鍵尺寸是底面，既是火力面的厚度。而且機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷對(duì)底面厚度的要求是有矛盾的。氣缸蓋主要尺寸與氣缸直徑的比例

34、關(guān)系，表格1所示。表1 氣缸蓋主要尺寸與氣缸直徑的比例關(guān)系名 稱總高度中隔板至底面水側(cè)的距離底板厚度頂板厚度側(cè)壁厚度中隔板厚度氣道壁厚度無(wú)中 隔 板有中隔 板數(shù)值范圍0.91.00.120.150.050.0750.0350.050.080.0950.0550.0750.080.10510毫米（由鑄造規(guī)定）氣道與水腔的壁后有時(shí)由鑄造技術(shù)條件決定，局部地區(qū)剛度不足時(shí)，可以布置適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)筋，但是應(yīng)該注意加強(qiáng)筋的位置不要防礙冷卻水的流動(dòng)。水腔泥芯頭和清沙孔的位置應(yīng)布置在造型、澆鑄和清沙均方便的地方，特別要注意高溫部分的清沙問(wèn)題，因?yàn)榍迳巢涣紩r(shí)將會(huì)引起散熱不好從而出現(xiàn)熱疲勞裂紋。2.5氣缸蓋熱負(fù)荷和冷

35、卻水流的組織氣缸蓋承受高溫和溫度不均勻所產(chǎn)生很高的熱負(fù)荷。實(shí)際上，除某些強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)外，由氣體壓力所引起的機(jī)械應(yīng)力并不是十分危險(xiǎn)的。這是因?yàn)殍T造條件限制了底面和其余各部分厚度不能太??；還由于缸蓋內(nèi)的諸如進(jìn)排氣道壁、噴油器座、螺栓孔壁等都能加強(qiáng)氣缸蓋底面的承載能力。在適當(dāng)?shù)脑黾託飧咨w的高度和壁厚就能增加氣缸蓋的缸度，減少機(jī)械應(yīng)力和變形。所以目前氣缸蓋的高度有增加的趨勢(shì)。至于增加壁后則要與解決熱負(fù)荷的措施綜合考慮，這是因?yàn)殡S著壁后的增加，溫差愈大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也愈大。由于機(jī)械應(yīng)力而導(dǎo)致氣缸蓋底板的裂紋還是不太可能的，然而，由于溫差所引起的熱應(yīng)力，則往往大到足以使氣缸蓋開(kāi)裂的程度。在底面上，進(jìn)排氣道之

36、間以及氣道孔和噴油器座孔之間的間壁開(kāi)裂，是氣缸蓋最常見(jiàn)的事故之一。目前，為了解決機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷的矛盾，在中高速的一部分柴油機(jī)中采用雙層底結(jié)構(gòu)的氣缸蓋。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)是減薄底面板的厚度，以減少熱應(yīng)力，并把底面設(shè)計(jì)成“薄壁強(qiáng)背”的結(jié)構(gòu)，以此加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，使強(qiáng)背分擔(dān)一部分機(jī)械應(yīng)力，使脈動(dòng)的機(jī)械應(yīng)力降低到足夠安全的范圍內(nèi)。為了減少缸蓋的熱應(yīng)力，除了適當(dāng)?shù)臏p薄底板的厚度外，組織良好的冷卻水流程是特別重要的措施，其目的是為了降低底面的溫度。特別是那些危險(xiǎn)的區(qū)域，如進(jìn)排氣道之間，氣道和噴油器之間等。同時(shí)，通過(guò)良好的冷卻使氣缸蓋各部的溫度分布盡可能均勻些，特別是底面燃?xì)鈧?cè)面的溫度分布盡可能均勻些。在組

37、織冷卻水流道時(shí)，應(yīng)加快高溫區(qū)水的流速；應(yīng)引導(dǎo)冷卻水首先流入高溫區(qū)域以加強(qiáng)其冷卻，然后再冷卻熱負(fù)荷較低的部分。在同樣的通流截面下，冷卻水的流速大，流量也多，在相同的時(shí)間內(nèi)帶走的熱量就多，冷卻效果好；而且流速越快，越可以減薄附著在金屬表面的附面層，亦有利傳熱。在沒(méi)有雙層底結(jié)構(gòu)的氣缸蓋也要采用轉(zhuǎn)孔等措施引導(dǎo)冷卻水的流動(dòng)，在布置冷卻水流道時(shí)，不能出現(xiàn)死水區(qū)。氣缸蓋冷卻水進(jìn)出口的布置。氣缸蓋冷卻水進(jìn)出口的位置和結(jié)構(gòu)，要與氣缸套或機(jī)體上的出水口相適應(yīng)；其出水口原則上應(yīng)安置在氣缸蓋的最高部位，以便把冷卻水中的蒸汽和氣泡排出去，防止造成氣缸蓋的局部過(guò)熱。由于氣缸蓋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以致在設(shè)計(jì)中不可能精確的確定冷卻水

38、的流動(dòng)方向和速度。通常只能用類比的方法作出近于理想的布置，然后在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行檢查。常用的方法是測(cè)量各部分的溫度分布，流道中水的流速和流動(dòng)方向等。第3章 逆向工程概論3.1逆向工程的定義“逆向工程”（Reverse Engineering, RE）,也稱反求工程、反向工程等，它起源于精密測(cè)量和質(zhì)量檢驗(yàn)，是設(shè)計(jì)下游向設(shè)計(jì)上游反饋信息的回路。傳統(tǒng)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)通常是從概念設(shè)計(jì)到圖樣，再制造出產(chǎn)品，我們稱之為正向工程（或順向工程Sequential Engineering, SE），它的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程，設(shè)計(jì)人員首先構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后利用CAD技術(shù)建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模

39、型，最終將這個(gè)模型轉(zhuǎn)入分析和制造流程，完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)制造過(guò)程。如圖3-1 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、制造流程所示：外觀、功能設(shè)計(jì) 構(gòu)建三維數(shù)字化模型（CAD） 分析（CAE）快速成型 分析數(shù)據(jù)分析樣品 修 改 和 完 善 數(shù)控模具加工 （CAM） 批量生產(chǎn) 圖3-1 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、制造流程而產(chǎn)品的逆向工程是根據(jù)零件（或原型）生成圖樣，再制造產(chǎn)品。它與正向設(shè)計(jì)完全相反，簡(jiǎn)單的說(shuō)是一個(gè)“從有到無(wú)”的過(guò)程。也就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品或模型，用一定的測(cè)量設(shè)備對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量，獲得三維輪廓點(diǎn)數(shù)據(jù)；再根據(jù)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)三維幾何建模方法重新構(gòu)建實(shí)物的CAD模型，反向推出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（包括設(shè)計(jì)圖紙或數(shù)字模型）。它是一

40、種以先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物、樣件、軟件（包括圖樣、程序、技術(shù)文件等）或影像（圖像、照片等）作為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究、探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出同類的更為先進(jìn)的產(chǎn)品的技術(shù)，是針對(duì)消化吸收先進(jìn)技術(shù)采取的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合。廣義的逆向工程是消化、吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列工作方法的技術(shù)組合，是一門(mén)跨學(xué)科、跨專業(yè)的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它包括形狀（幾何）逆向、工藝逆向、材料逆向、影像逆向、實(shí)物逆向和軟件逆向等方面。目前，大多數(shù)關(guān)于逆向工程的研究主要集中在實(shí)物的逆向重構(gòu)上，即產(chǎn)品實(shí)物的CAD模型重構(gòu)和最終產(chǎn)品的制造方面，稱為“實(shí)物逆向工程”。

41、這是因?yàn)椋阂环矫妫鳛檠芯繉?duì)象，產(chǎn)品實(shí)物是面向消費(fèi)市場(chǎng)最廣、最多的一類設(shè)計(jì)成果，也是最容易獲得的研究對(duì)象；另一方面，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程中，雖已廣泛使用了計(jì)算機(jī)幾何造型技術(shù)，但是仍有許多產(chǎn)品，由于種種原因，最初并不是由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD模型描述的，設(shè)計(jì)和制造者面對(duì)的是實(shí)物樣件。為了適應(yīng)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，需要通過(guò)一定途徑將實(shí)物模型轉(zhuǎn)化為CAD模型，以期利用計(jì)算機(jī)輔助制造、快速原型制造和快速模具（Rapid Prototyping Manufacture/Rapid Tooling, RPM/RT）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management, PDM）及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（

42、Computer Integrate Manufacture System, CIMS）等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理或管理。同時(shí)，隨著現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，快速、精確地獲取實(shí)物的幾何信息已變成現(xiàn)實(shí)。目前，這種從實(shí)物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型并制造得到新產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)，已成為CAD/CAM系統(tǒng)中的一個(gè)研究及應(yīng)用熱點(diǎn)，并發(fā)展成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的領(lǐng)域。在這意義下，“實(shí)物逆向工程”（簡(jiǎn)稱逆向工程）可定義為：逆向工程是將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱，是將已有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ娃D(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)模型和概念模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造的過(guò)程。3.2逆向工程的工作流程

43、 逆向工程的思想最初是來(lái)自從油泥模型到產(chǎn)品實(shí)物的設(shè)計(jì)過(guò)程。除此之外，目前基于實(shí)物的逆向工程應(yīng)用最廣的還是進(jìn)行產(chǎn)品復(fù)制和仿制，尤其是外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品，因?yàn)椴簧婕暗綇?fù)雜的動(dòng)力學(xué)分析、材料、加工熱處理等技術(shù)難題，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。目前，基于CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)字掃描技術(shù)為實(shí)物逆向工程提供了有力的支持，在進(jìn)行數(shù)字掃描、完成實(shí)物的3D重建后，通過(guò)NC加工就能快速地制造出模具，最終注塑得到所需的產(chǎn)品。這個(gè)工程已經(jīng)成為我國(guó)沿海地區(qū)許多家用電器、玩具、摩托車等產(chǎn)品企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)模式，但這只是對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的簡(jiǎn)單復(fù)制和仿制，只是簡(jiǎn)單的照抄和照搬，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，這不等于逆向工程。隨著計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)的

44、發(fā)展和應(yīng)用以及CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化，產(chǎn)品實(shí)物的逆向設(shè)計(jì)首先通過(guò)測(cè)量掃描以及各種先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理手段獲得產(chǎn)品實(shí)物信息，然后充分利用成熟的CAD/CAM技術(shù)，快速、準(zhǔn)確的建立實(shí)體模型，在工程分析的基礎(chǔ)上，數(shù)控加工出產(chǎn)品模具，最后制成產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品或模型設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)流程。具體流程如圖3-2所示，逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成：產(chǎn)品實(shí)物的幾何外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造。組成系統(tǒng)的設(shè)備軟件主要包括：測(cè)量設(shè)備，數(shù)據(jù)處理（如進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、噪聲濾除、平滑、對(duì)齊、歸并等），模型重建軟件（CAD/CAM），CAE軟件，CNC加工設(shè)備，快速成型機(jī)，產(chǎn)品制造設(shè)備等?？偟膩?lái)

45、說(shuō)，逆向工程就是從模型、樣品到設(shè)計(jì)、造型的過(guò)程仿制、改制產(chǎn)品二維圖樣、技術(shù)文檔 PDM系統(tǒng) 仿制、改制產(chǎn)品CAD模型重構(gòu)數(shù)據(jù)采集 制作系統(tǒng)CAM快速原型RP實(shí)物或模型 模具 產(chǎn)品樣件 新 產(chǎn) 品 圖3-2 逆向工程流程圖 3.3 逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域在產(chǎn)品造型日益多元化的今天，逆向工程已成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中不可或缺的一環(huán)，其應(yīng)用范圍包括以下幾方面。（1） 盡管計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展迅速，各種商業(yè)軟件的功能日益強(qiáng)大，但目前還無(wú)法滿足一些復(fù)雜曲面零件的設(shè)計(jì)需求，還存在許多使用黏土或者泡沫模型代替CAD設(shè)計(jì)的情況，最終需要運(yùn)用逆向工程將這些實(shí)物模型轉(zhuǎn)換為CAD模型。（2） 外形設(shè)計(jì)師傾向使用產(chǎn)品的比例模型，

46、以便于產(chǎn)品外形的美學(xué)評(píng)價(jià)，最終可通過(guò)運(yùn)用逆向工程技術(shù)將這些比例模型用數(shù)學(xué)模型表達(dá)，通過(guò)比例運(yùn)算得到美觀的真實(shí)尺寸的CAD模型。（3） 由于各相關(guān)學(xué)科發(fā)展水平的限制，對(duì)零件的功能和性能分析，還不能完全由CAE來(lái)完成，往往需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)最終確定零件的形狀，如在模具制造中經(jīng)常需要通過(guò)反復(fù)試沖和修改模具型面方可得到最終符合要求的模具。若將最終符合要求的模具測(cè)量并反求其CAD模型，在再次制造該模具時(shí)就可運(yùn)用這一模型生成加工程序，就可大大減少修模量，提高模具生產(chǎn)效率，降低模具制造成本。（4） 目前在國(guó)內(nèi)，由于CAD/CAM技術(shù)運(yùn)用發(fā)展不平衡，普遍存在這樣的情況：在模具制造中，制造者得到的原始資料為實(shí)物零件

47、，這時(shí)為了能利用CAD/CAM技術(shù)來(lái)加工模具，必須首先將實(shí)物零件轉(zhuǎn)換為CAD模型，繼而在CAD模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)模具。（5） 逆向工程也廣泛用于修復(fù)破損的文物、藝術(shù)品，或缺乏供應(yīng)的損壞零件等以及磨損零件的還原。（6） 人體中的骨頭和關(guān)節(jié)等的復(fù)制、假肢制造。（7） 特種服裝、頭盔的制造要以使用者的身體為原始設(shè)計(jì)依據(jù)，此時(shí)，需首先建立人體的幾何模型。（8） 在RPM的應(yīng)用中，逆向工程在最主要表現(xiàn)為：通過(guò)逆向工程，可以方便地對(duì)快速原型制造的原形產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測(cè)量，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次迭代可使產(chǎn)品完善。3.4逆向工程的局限性 當(dāng)然，逆向工程技術(shù)也有局限性因?yàn)槟嫦蚬こ碳夹g(shù)并不

48、是孤立的。逆向工程的實(shí)施是多領(lǐng)域、多學(xué)科的協(xié)調(diào)過(guò)程，逆向工程的整個(gè)實(shí)施過(guò)程包括了數(shù)據(jù)的采集/處理、CAD/CAM系統(tǒng)處理和融入產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的過(guò)程，需要各種技術(shù)人員高度地協(xié)同和融合。因此，逆向工程技術(shù)和測(cè)量技術(shù)、CAD/CAM軟件，以及從業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。從理論角度分析，逆向工程技術(shù)能按照產(chǎn)品的測(cè)量數(shù)據(jù)建立與原有CAD/CAM系統(tǒng)完全兼容的數(shù)字模型，當(dāng)然這也是逆向工程技術(shù)的最終目標(biāo)。但憑借目前的設(shè)備和技術(shù)，尚無(wú)法滿足這種要求，逆向工程技術(shù)不可避免的存在其局限性。逆向工程最突出的問(wèn)題是客觀模型和CAD模型之間的造型誤差。影響誤差的原因可分為以下4個(gè)主要因素。首先，從測(cè)量設(shè)備來(lái)

49、說(shuō)，不管是接觸式的還是非接觸式的，測(cè)量設(shè)備都會(huì)有一定的誤差。測(cè)量所取得的點(diǎn)數(shù)據(jù)資料通常都無(wú)法得到良好的圓、直線或平面等幾何形狀。其次，CAD曲面重建會(huì)有誤差。雖然點(diǎn)數(shù)據(jù)資料并非光順平整，但是CAD曲面重建有著光順連續(xù)性的要求，這與點(diǎn)數(shù)據(jù)和曲面之間的誤差是相沖突的，要縮小誤差，則曲面的品質(zhì)會(huì)較差；而曲面的光順連續(xù)性達(dá)到要求，又很難保證點(diǎn)數(shù)據(jù)和曲面之間的誤差。如何在它們之間取舍，需要工程技術(shù)人員的判斷和操作技巧。第三，在產(chǎn)品加工中會(huì)產(chǎn)生誤差，因?yàn)榧庸な菑膮?shù)模型到實(shí)際模型的又一次近似。第四，從采集點(diǎn)數(shù)據(jù)到加工的過(guò)程中有不同的操作者參與，在整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生人為的主觀誤差。顯然，這些誤差

50、會(huì)積累并最終反應(yīng)在產(chǎn)品上。逆向工程的局限性還有：（1） 如何從點(diǎn)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分割曲面和規(guī)劃曲面，需要工程技術(shù)人員的判斷，無(wú)法參數(shù)化，或者以數(shù)值量化；（2） 曲面構(gòu)建完成后，需要再對(duì)比確認(rèn)，若點(diǎn)數(shù)據(jù)和曲面的誤差超過(guò)允許范圍，則需要微調(diào)曲面，所以時(shí)間較長(zhǎng)；（3） 目前的CAD/CAM/CAE軟件仍然無(wú)法以參數(shù)化的方式構(gòu)建CAD曲面，因此在修改、變動(dòng)曲面時(shí)，相鄰的曲面也需要修改；以參數(shù)化的方式構(gòu)建曲面是CAD/CAM/CAE設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展趨勢(shì)之一。綜上所述我們可以看出逆向工程局限性主要在于：測(cè)量設(shè)備的精度、設(shè)計(jì)軟件的局限以及從業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)。在測(cè)量設(shè)備和軟件等沒(méi)有革命性突破的同時(shí)，從業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)在逆向工程中就顯得尤為重要。培養(yǎng)造就高水平的逆向工程技術(shù)人員已成為許多現(xiàn)代加工制造企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。第4章 逆向工程測(cè)量系統(tǒng)4.1 概述零件的數(shù)字化是通過(guò)特定的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法獲取零件表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在這基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造。因而，高效、高精度的實(shí)現(xiàn)樣件表面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。測(cè)量的目的是最真實(shí)的反映被測(cè)量物體有關(guān)特征的坐標(biāo)信息，因此，對(duì)精度的追求是測(cè)量技