专科(附件)【字数：15452】
摘 要本项目中夹持软爪根据角磨机头壳的外形特征来设计软爪的外形，角磨机平板切割机架根据角磨机外形进行设计。通过有限元应力分析、设备MCD运动仿真等验证，保证软爪和角磨机平板切割机架达到设计要求并能够投入正常使用，这一类产品在非标自动化设备中应用十分广泛，具有较强的代表性。本论文首先对头壳与角磨机进行三维扫描和逆向建模，得到三维数据，并根据三维数据使用UG软件对其进行机械设计，应力分析、MCD运动仿真，设计出夹持软爪与角磨机平板切割机架的三维模型；接着分析了零件的数控加工工艺过程，包括所选用的机床、使用的刀具、装夹方法、工序安排等；根据分析结果对零件进行了CAM编程与仿真加工分析；最后介绍了产品的实际加工过程。
目录
一、 绪论 1
（一）市场需求 1
（二）设计要求 1
（三）研究内容 1
（四）需要解决的关键问题 3
（五）研究思路与技术路线 5
二、数据采集 7
（一）扫描仪标定 7
（二）三维扫描 7
（三）点云处理 9
（四）本章小结 10
三、 三维逆向建模 11
（一）三维逆向建模 11
（二）逆向建模与扫描数据对比 16
（三）本章小结 18
四、机械设计 19
（一）软爪设计 19
（二）角磨机平板切割机架设计 22
（三）本章小结 25
五、机械设计验证 26
（一）气缸夹持壳体运动仿真 26
（二）角磨机平板切割机架运动仿真 28
（三）应力分析 31
（四）本章小结 34
六、CAM编程仿真及加工 35
（一）软爪的加工工艺研制 35
（二）角磨机平板切割机架零部件的加工工艺研制 38
（三）本章小结 48
七、装配与调试 46
八、总结与展望 49
参考文献 50
在学研究成果 51
致谢 52
附件一 设备图纸资料 53
附件二 竞赛获奖 58 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
一、 绪论
（一）市场需求
“十四五”时期是我国由全面建成小康社会向基本实现社会主义现代化迈进的关键时期，“十四五”（20212025年）规划是开启全面建设社会主义现代化新征程的第一个五年规划，绘好“十四五”发展蓝图，对各地方政府、国有企业意义重大。
随着“十四五”规划，我国自动化设备的设计与制造越来越多，根据某角磨机生产厂家需求，需一款能够将角磨机头壳（请参见图11）在一个生产线移动到装配线上，目前，生产线是人工操作，如果使用自动化设备进行搬运，一条生产线至少可以减少一个工位。同时，为厂家设计一款角磨机平板切割机架，用于买家切割大型板材，因此为满足厂家需求，如何设计制造出一款能够搬运头壳并且低成本的自动化设备与设计一款能够切割大型板材的角磨机平板切割机架，是迫切需要解决的课题。
（二）设计要求
通过市场调查，发现目前市场上有类似搬运物品的自动化设备，但没有符合角磨机头壳要求的夹持零件，国内外技术人员已经针对搬运物品开展了机械装备研制工作，但研制的大部分自动化设备只能夹持特定物件，并没有针对角磨机头壳的自动化设备，现有人工搬运工位，具有生产效率低，浪费人力资源，成本高等缺点。
通过市场调研和网上查找，发现网上有手工制作的简易角磨机平板切割机架，都是用铁片等焊接出的极其简单的装置，不实用且无法模块化、产品化，且功能并不能完美实现，有很多漏洞。
（三）研究内容
异形壳体件的夹持软爪与角磨机平板切割机架的设计与制造需要运用Geomagic Wrap(三维扫描）、Geomagic Control（数据检测与对比）、Geomagic Design X(逆向建模）、NX（三维建模、零件工程图、编程仿真）等软件，机械设计基础、机电仿真MCD、和有限元应力分析等技术。
三维扫描三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，作为20世纪90年代中期开始出现的一项高新技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命，通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的(x,y,z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的真彩色三维点云模型，为后续的内业处理、数据分析等工作提供准确依据。具有快速性，效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化、实时性强等特点，很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型，主要通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，大量的空间点位信息。该技术是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。本文需要角磨机头壳的三维数据模型，通过北京三维天下扫描仪进行扫描，经过点云处理，最终导出stl格式文件。
数据检测与对比是针对检测测量和质量验证的流程，Geomagic Control 利用一系列广泛的计量工具，如硬测头和非接触式扫描获取数据使制造商能显著节约时间并提高精度，同时还具备轻松地对复杂任务进行自动化处理的能力。形位公差、硬测和方位检查功能够加快零件的测量速度并提高其准确度，而且Geomagic Control还可以智能创建三维 PDF 报告。本文将三维扫描文件和逆向建模出的三维模型进行对比，查看逆向建模精度，并且导出PDF报告。
逆向工程(reverse engineering,RE)也称反求工程或反向工程,是一种产品设计技术再现过程,即对目标产品进行逆向分析和研究,并得到该产品的制造流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素,然后在理解其原始设计意图的基础上进行再设计,以制作出外形或功能相近,但又不完全一样的产品。本文通过三维扫描得到的文件进行逆向建模，并且导出stp格式文件。
UG NX是Unigraphics Solutions公司主要的CAD产品。它主要是为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应用的软件，基于Windows的设计与制图产?品Solid?Edge，集团级产品数据管理系统MAN，产品可视为技术ProductVision以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模核心Parasolid在内的全线产品。本文通过UG10.0进行夹持软爪的三维建模设计、零件工程图绘制、装配三维图、装配工程图、CAM编程、机电仿真、有限元分析等。
目录
一、 绪论 1
（一）市场需求 1
（二）设计要求 1
（三）研究内容 1
（四）需要解决的关键问题 3
（五）研究思路与技术路线 5
二、数据采集 7
（一）扫描仪标定 7
（二）三维扫描 7
（三）点云处理 9
（四）本章小结 10
三、 三维逆向建模 11
（一）三维逆向建模 11
（二）逆向建模与扫描数据对比 16
（三）本章小结 18
四、机械设计 19
（一）软爪设计 19
（二）角磨机平板切割机架设计 22
（三）本章小结 25
五、机械设计验证 26
（一）气缸夹持壳体运动仿真 26
（二）角磨机平板切割机架运动仿真 28
（三）应力分析 31
（四）本章小结 34
六、CAM编程仿真及加工 35
（一）软爪的加工工艺研制 35
（二）角磨机平板切割机架零部件的加工工艺研制 38
（三）本章小结 48
七、装配与调试 46
八、总结与展望 49
参考文献 50
在学研究成果 51
致谢 52
附件一 设备图纸资料 53
附件二 竞赛获奖 58 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
一、 绪论
（一）市场需求
“十四五”时期是我国由全面建成小康社会向基本实现社会主义现代化迈进的关键时期，“十四五”（20212025年）规划是开启全面建设社会主义现代化新征程的第一个五年规划，绘好“十四五”发展蓝图，对各地方政府、国有企业意义重大。
随着“十四五”规划，我国自动化设备的设计与制造越来越多，根据某角磨机生产厂家需求，需一款能够将角磨机头壳（请参见图11）在一个生产线移动到装配线上，目前，生产线是人工操作，如果使用自动化设备进行搬运，一条生产线至少可以减少一个工位。同时，为厂家设计一款角磨机平板切割机架，用于买家切割大型板材，因此为满足厂家需求，如何设计制造出一款能够搬运头壳并且低成本的自动化设备与设计一款能够切割大型板材的角磨机平板切割机架，是迫切需要解决的课题。
（二）设计要求
通过市场调查，发现目前市场上有类似搬运物品的自动化设备，但没有符合角磨机头壳要求的夹持零件，国内外技术人员已经针对搬运物品开展了机械装备研制工作，但研制的大部分自动化设备只能夹持特定物件，并没有针对角磨机头壳的自动化设备，现有人工搬运工位，具有生产效率低，浪费人力资源，成本高等缺点。
通过市场调研和网上查找，发现网上有手工制作的简易角磨机平板切割机架，都是用铁片等焊接出的极其简单的装置，不实用且无法模块化、产品化，且功能并不能完美实现，有很多漏洞。
（三）研究内容
异形壳体件的夹持软爪与角磨机平板切割机架的设计与制造需要运用Geomagic Wrap(三维扫描）、Geomagic Control（数据检测与对比）、Geomagic Design X(逆向建模）、NX（三维建模、零件工程图、编程仿真）等软件，机械设计基础、机电仿真MCD、和有限元应力分析等技术。
三维扫描三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，作为20世纪90年代中期开始出现的一项高新技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命，通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的(x,y,z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的真彩色三维点云模型，为后续的内业处理、数据分析等工作提供准确依据。具有快速性，效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化、实时性强等特点，很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型，主要通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，大量的空间点位信息。该技术是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。本文需要角磨机头壳的三维数据模型，通过北京三维天下扫描仪进行扫描，经过点云处理，最终导出stl格式文件。
数据检测与对比是针对检测测量和质量验证的流程，Geomagic Control 利用一系列广泛的计量工具，如硬测头和非接触式扫描获取数据使制造商能显著节约时间并提高精度，同时还具备轻松地对复杂任务进行自动化处理的能力。形位公差、硬测和方位检查功能够加快零件的测量速度并提高其准确度，而且Geomagic Control还可以智能创建三维 PDF 报告。本文将三维扫描文件和逆向建模出的三维模型进行对比，查看逆向建模精度，并且导出PDF报告。
逆向工程(reverse engineering,RE)也称反求工程或反向工程,是一种产品设计技术再现过程,即对目标产品进行逆向分析和研究,并得到该产品的制造流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素,然后在理解其原始设计意图的基础上进行再设计,以制作出外形或功能相近,但又不完全一样的产品。本文通过三维扫描得到的文件进行逆向建模，并且导出stp格式文件。
UG NX是Unigraphics Solutions公司主要的CAD产品。它主要是为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应用的软件，基于Windows的设计与制图产?品Solid?Edge，集团级产品数据管理系统MAN，产品可视为技术ProductVision以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模核心Parasolid在内的全线产品。本文通过UG10.0进行夹持软爪的三维建模设计、零件工程图绘制、装配三维图、装配工程图、CAM编程、机电仿真、有限元分析等。
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