畢業(yè)設計論文正文-汽車儀表盤的逆向設計

1、汽車儀表盤的逆向設計摘 要汽車儀表盤不僅能反映汽車的造型風格，而且還是汽車上重要的信息顯示窗口，能集中、直觀、即時、準確地提供汽車在行駛過程中的各種動態(tài)狀況，讓駕駛人員可以通過汽車儀表不斷反饋的信息，對汽車進行適時有效的控制：汽車儀表是駕駛人員與汽車進行信息交流和互動的重要界面。人們對美好事物的追求，使得現(xiàn)代儀表盤造型逐步注重美感。因此設計出線條優(yōu)美，曲面平滑，極富動感，由自由曲面拼接而成的儀表盤成為了儀表盤發(fā)展的必然趨勢。同時CAD/CAE/CAM技術的發(fā)展與應用，以及塑料模具工藝技術的改進，新材料的應用，這些都對汽車儀表盤的設計提出了新的要求。而其中的逆向設計，因能縮短設計周期降低設計成本

2、，在汽車儀表盤的設計中得到了越來越廣泛的應用。逆向設計的軟件中，CATIA因其強大的曲面模塊和逆向模塊，備受設計者們的青睞。如何更好的逆向設計出儀表以及更加規(guī)范的逆向設計流程，正是設計者們在積極探索研究的課題。關鍵詞：汽車儀表盤；信息顯示；發(fā)展趨勢； 逆向設計； CATIA - I -汽車儀表盤的逆向設計AbstractCar dashboards, not only to reflect the car's styling, but also important information in the car window, focused, intuitive, real-time,

3、 accurate delivery of the car in the process of moving a variety of dynamic conditions, so that drivers can continue through the car dashboard feedback, timely and effective control of the car: the car dashboard to the driver and vehicle information communication and interaction interface. The pursu

4、it of better things, making the modern instrument panel shape and gradually focus on beauty. Design beautiful lines, smooth surface, very dynamic, stitched together by the free surface of the dashboard has become the inevitable trend of development of the dashboard. The development and application o

5、f CAD / CAE / CAM technology, as well as plastic mold technology improvements, the application of new materials, which are on the car dashboards, design the new requirements. The reverse design, because it can shorten the design cycle to reduce design costs in the design of the car dashboard more wi

6、dely used. CATIA the reverse design of the software ,because of its strong surface module and reverse modules, much of the designers of all ages. How to better the reverse design of the instrument, as well as more standardized reverse design flow, is the designers to actively explore the research to

7、pic.Keywords: car dashboard; information display; trends; reverse design; CATIA- IV -目 錄摘 要IAbstractII1緒論- 1 -1.1塑料件成型工藝- 1 -1.1.1 塑料件的結構設計- 1 -1.1.2塑料件成型方法- 3 -1.2逆向工程的發(fā)展概述- 5 -1.3 逆向設計軟件CATIA- 7 -1.3.1 CATIA軟件的簡介- 7 -1.3.2 CATIA的逆向設計模塊- 8 -1.4本論文研究目的和工作內容- 9 -2 汽車儀表盤概述- 10 -2.1 汽車儀表盤簡介- 10 -2.1.1汽

8、車儀表盤定義- 10 -2.1.2 汽車儀表盤各符號的含義- 10 -2.2汽車的組合儀表及工作原理- 13 -2.3汽車儀表盤的計流程- 14 -2.3.1風格造型- 14 -2.3.2結構及特征設計- 16 -2.3.3 零件詳細設計- 16 -2.3.4裝配設計- 17 -2.3.5儀表板總成開發(fā)流程圖- 17 -2.4 汽車儀表盤的發(fā)展趨勢- 18 -3 汽車儀表盤的逆向設計- 20 -3.1 點云的采集- 20 -3.2 點云的前期處理及三角化- 21 -3.3 逆向建模- 23 -3.3.1 逆向各曲面- 23 -3.3.2 帶參倒角- 27 -3.3.3 實體加厚- 29 -4

9、設計數(shù)模的審查確定- 31 -4.1 數(shù)模的審查- 31 -4.2 數(shù)模的確定- 34 -結 論- 35 -參 考 文 獻- 36 -致 謝- 37 -汽車儀表盤的逆向設計1緒論 本論文旨在研究逆向設計儀表盤，而設計不單是簡單的建模，更需要考慮工藝要求、性能要求，講就設計原理和設計方法。因此本章有必要介紹一下塑料模具的工藝，設計汽車儀表盤的方法以及逆向軟件，為后面章節(jié)的逆向設計汽車儀表盤提供理論依據(jù)和技術支持。1.1塑料件成型工藝1.1.1 塑料件的結構設計 （1） 膠厚（膠位）：塑膠產(chǎn)品的膠厚（整體外殼）通常在0.80-3.00左右，太厚容易縮水和產(chǎn)生汽泡，太薄難走滿膠，大型的產(chǎn)品膠厚取厚一

10、點，小的產(chǎn)品取薄一點，一般產(chǎn)品取1.0-2.0為多。而且膠位要盡可能的均勻，在不得已的情況下，局部地方可適當?shù)暮褚稽c或薄一點，但需漸變不可突變，要以不縮水和能走滿膠為原則，一般塑料膠厚小于0.3時就很難走膠，但軟膠類和橡膠在0.2-0.3的膠厚時也能走滿膠。 （2） 加強筋（骨位）：塑膠產(chǎn)品大部分都有加強筋，因加強筋在不增加產(chǎn)品整體膠厚的情況下可以大大增加其整體強度，對大型和受力的產(chǎn)品尤其有用，同時還能防止產(chǎn)品變形。加強筋的厚度通常取整體膠厚的0.5-0.7倍，如大于0.7倍則容易縮水。加強筋的高度較大時則要做0.5-1的斜度（因其出模阻力大），高度較矮時可以不做斜度。 （3） 脫模斜度：塑料

11、產(chǎn)品都要做脫模斜度，但高度較淺的（如一塊平板）和有特殊要求的除外（但當側壁較大而又沒出模斜度時需做行位）。出模斜度通常為1-5度，常取2度左右，具體要根據(jù)產(chǎn)品大小、高度、形狀而定，以能順利脫模和不影響使用功能為原則。產(chǎn)品前模的斜度通常要比后模的斜度大0.5度為宜，以便產(chǎn)品開模事時能留在后模。通常枕位、插穿、碰穿等地方均需做斜度，其上下斷差（即大端尺寸與小端尺寸之差）單邊要大于0.1以上。 （4） 圓角（R角）：塑膠產(chǎn)品除特殊要求指定要銳邊的地方外，在棱邊處通常都要做圓角，以便減小應力集中、利于塑膠的流動和容易脫模。最小R通常大于0.3，因太小的R模具上很難做到。 （5） 孔:從利于模具加工方面

12、的角度考慮，孔最好做成形狀規(guī)則簡單的圓孔，盡可能不要做成復雜的異型孔，孔徑不宜太小，孔深與孔徑比不宜太大，因細而長的模具型心容易斷、變形?？着c產(chǎn)品外邊緣的距離最好要大于1.5倍孔徑，孔與孔之間的距離最好要大于2倍的孔徑，以便產(chǎn)品有必要的強度。與模具開模方向平行的孔在模具上通常上是用型心（可鑲、可延伸留）或碰穿、插穿成型，與模具開模方向不平行的孔通常要做行位或斜頂，在不影響產(chǎn)品使用和裝配的前提下，產(chǎn)品側壁的孔在可能的情況下也應盡量做成能用碰穿、插穿成型的孔。 （6） 凸臺（BOSS）：凸臺通常用于兩個塑膠產(chǎn)品的軸孔形式的配合，或自攻螺絲的裝配。當BOSS不是很高而在模具上又是用司筒頂出時，其可不

13、用做斜度。當BOSS很高時，通常在其外側加做十字肋（筋），該十字肋通常要做1-2度的斜度，BOSS看情況也要做斜度。當BOSS和柱子（或另一BOSS）配合時，其配合間隙通常取單邊0.05-0.10的裝配間隙，以便適合各BOSS加工時產(chǎn)生的位置誤差。當 BOSS用于自攻螺絲的裝配時，其內孔要比自攻螺絲的螺徑單邊小0.1-0.2，以便螺釘能鎖緊。如用M3.0的自攻螺絲裝配時，BOSS的內孔通常做 2.60-2.80。 （7） 嵌件：把已經(jīng)存在的金屬件或塑膠件放在模具內再次成型時，該已經(jīng)存在的部件叫嵌件。當塑膠產(chǎn)品設計有嵌件時，要考慮嵌件在模具內必須能完全、準確、可靠的定位，還要考慮嵌件必須與成型部

14、分連接牢固，當包膠太薄時則不容易牢固。還要考慮不能漏膠。 （8） 產(chǎn)品表面紋面：塑料產(chǎn)品的表面可以是光滑面（模具表面省光）、火花紋（模具型腔用銅工放電加工形成）、各種圖案的蝕紋面（曬紋面）和雕刻面。當紋面的深度深、數(shù)量多時，其出模阻力大，要相應的加大脫模斜度。 （9） 文字：塑料產(chǎn)品表面的文字可以是凸字也可以是凹字，凸字在模具上做相應的凹腔容易做到，凹字在模具上要做凸型心較困難。 （10）螺紋：塑膠件上的螺紋通常精度都不很高，還需做專門的脫螺紋機構，對于精度要求不高的可把其結構簡化成可強行脫模的結構。 （11) 支撐面：塑膠產(chǎn)品通常不用整個面做支撐面，而是單獨做凸臺、凸點、筋做支撐。因塑膠產(chǎn)品

15、很難做到整個較大的絕對平面，其容易變形翹曲。(12) 塑膠產(chǎn)品的裝配形式： 超聲線接合裝配法，其特點是模具上容易做到，但裝配工序中需專門的超聲機器，成本增大，且不能拆卸。超聲線的橫截面通常做成0.30寬0.3高的三角形，在長度方向以 5-10MM的長度間斷2MM； 自攻螺絲裝配法, 其特點是模具上容易做到，但增加裝配工序，成本增大，拆卸麻煩； 卡鉤扣位裝配法，其特點是模具加工較復雜，但裝配方便，且可反復拆卸，多次使用?？ㄣ^的形式有多種，要避免卡鉤處局部膠位太厚，還要考慮卡鉤處模具做模方便?？ㄣ^要做到配合松緊合適，裝拆方便，其配合面為貼合，其他面適當留間隙。 BOSS軸孔形式的裝配法，其特點是模

16、具加工方便，裝配容易，拆卸方便，但其缺點是裝配不是很牢固。 (13) 齒口：兩個塑膠產(chǎn)品的配合接觸面處通常做齒口，齒口的深度通常在0.8-2.5左右，其側面留0.1左右的間隙，深度深時做斜度1-5度，常取 2度，深度淺時可不作斜度。齒口的上下配合面通常為貼合（即0間隙）。 (14) 美觀線：兩個塑膠產(chǎn)品的配合面處通常做美觀線，美觀線的寬度常取 0.2-1.0，視產(chǎn)品的整體大小而定。 (15) 塑膠產(chǎn)品的表面處理方法：常用的有噴油、絲印、燙金、印刷、電鍍、雕刻、蝕紋、拋光、加顏色等。 (16) 常用到的金屬材料有：不銹鋼、銅合金（黃銅、青銅、磷銅、紅銅）、彈簧鋼、彈簧、鋁合金、鋅合金。(17)

17、金屬材料常用的防銹方法：電鍍、涂防銹油、噴防銹漆。1.1.2塑料件成型方法（1）壓縮模塑。壓縮模塑又稱模壓，是模塑料在閉合模腔內借助加壓(一般尚須加熱)的成型方法。通常，壓縮模塑適用于熱固性塑料，如酚醛塑料、氨基塑料、不飽和聚酯塑料等縮模塑由預壓、預熱和模壓三個過程組成： 預壓 為改善制品質量和提高模塑效率等，將粉料或纖維狀模塑料預先壓成一定形狀的操作。 預熱 為改善模塑料的加工性能和縮短成型周期等，把模塑料在成型前先行加熱的操作。模壓 在模具內加入所需量的塑料，閉模、排氣，在模塑溫度和壓力下保持一段時間，然后脫模清模的操作。壓縮模塑用的主要設備是壓機和塑模。壓機用得最多的是自給式液壓機，噸位

18、從幾十噸至幾百噸不等。有下壓式壓機和上壓式壓機。用于壓縮模塑的模具稱為壓制模具，分為三類；溢料式模具、半溢料式模具不溢式模具。壓縮模塑的主要優(yōu)點是可模壓較大平面的制品和能大量生產(chǎn)，其缺點是生產(chǎn)周期長，效率低。 （2） 層壓成型。用或不用粘結劑，借加熱、加壓把相同或不相同材料的兩層或多層結合為整體的方法。層壓成型常用層壓機操作，這種壓機的動壓板和定壓板之間裝有多層可浮動熱壓板。層壓成型常用的增強材料有棉布、玻璃布、紙張、石棉布等，樹脂有酚醛、環(huán)氧、不飽和聚酯以及某些熱塑性樹脂。（3）冷壓模塑。冷壓模塑又叫冷壓燒結成型，和普通壓縮模塑的不同點是在常溫下使物料加壓模塑。脫模后的模塑品可再行加熱或借助

19、化學作用使其固化。該法多用于聚四氟乙烯的成型，也用于某些耐高溫塑料(如聚酰亞胺等)。一般工藝過程為制坯-燒結-冷卻三個步驟。（4） 傳遞模塑。傳遞模塑是熱固性塑料的一種成型方式，模塑時先將模塑料在加熱室加熱軟化，然后壓入巳被加熱的模腔內固化成型。傳遞模塑按設備不同有工種形式： 活板式； 罐式； 柱塞式。 傳遞模塑對塑料的要求是：在未達到固化溫度前，塑料應具有較大的流動性，達到固化溫度后，又須具有較快的固化速率。能符合這種要求的有酚醛、三聚氰胺甲醛和環(huán)氧樹脂等。傳遞模塑具有以下優(yōu)點： 制品廢邊少，可減少后加工量； 能模塑帶有精細或易碎嵌件和穿孔的制品，并且能保持嵌件和孔眼位置的正確； 制品性能均

20、勻，尺寸準確，質量高； 模具的磨損較小。缺點是： 模具的制造成本較壓縮模高； 塑料損耗大； 纖維增強塑料因纖維定向而產(chǎn)生各向異性； 圍繞在嵌件四周的塑料，有時會因熔按不牢而使制品的強度降低（5） 低壓成型。使用成型壓力等于或低于1.4兆帕的摸壓或層壓方法。低壓成型方法用于制造增強塑料制品。增強材料如玻璃纖維、紡織物、石棉、紙、碳纖維等。常用的樹脂絕大多數(shù)是熱固性的，如酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯、有機硅等樹脂。 低壓成型包括袋壓法、噴射法。 (1) 袋壓成型。借助彈性袋(或其它彈性隔膜)接受流體壓力而使介于剛性模和彈性袋之間的增強塑料均勻受壓而成為制件的一種方法。按造成流體壓力的方法不同，一般

21、可分為加壓袋成型、真空袋壓成型和熱壓釜成型等。 (2) 噴射成型。成型增強塑料制品時，用噴槍將短切纖維和樹脂等同時噴在模具上積層并固化為制品的方法。（6）擠出成型。擠出成型也稱擠壓模塑或擠塑，它是在擠出機中通過加熱、加壓而使物料以流動狀態(tài)連續(xù)通過口模成型的方法。擠出法主要用于熱塑性塑料的成型，也可用于某些熱固性塑料。擠出的制品都是連續(xù)的型材，如管、棒、絲、板、薄膜、電線電纜包覆層等。此外，還可用于塑料的混合、塑化造粒、著色、摻合等。 擠出成型機由擠出裝置、傳動機構和加熱、冷卻系統(tǒng)等主要部分組成。擠出機有螺桿式(單螺桿和多螺桿)和柱塞式兩種類型。前者的擠出工藝是連續(xù)式，后者是間歇式。 單螺桿擠出

22、機的基本結構主要包括傳動裝置、加料裝置、料筒、螺桿、機頭和口模等部分。擠出機的輔助設備有物料的前處理設備(如物料輸送與干燥)、擠出物處理設備(定型、冷卻、牽引、切料或輥卷)和生產(chǎn)條件控制設備等三大類。 （7） 擠拉成型。擠拉成型是熱固性纖維增強塑料的成型方法之一。用于生產(chǎn)斷面形狀固定不變，長度不受限制的型材。成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續(xù)纖維經(jīng)加熱模拉出，然后再通過加熱室使樹脂進一步固化而制備具有單向高強度連續(xù)增強塑料型材。通常用于擠拉成型的樹脂有不飽和聚酯、環(huán)氧和有機硅三種。其中不飽和聚酯樹脂用得最多。擠拉成型機通常由纖維排布裝置、樹脂槽、預成型裝置、口模及加熱裝置、牽引裝置和切割設備等組成

23、。1.2逆向工程的發(fā)展概述（1） 逆向工程技術定義逆向工程也稱反求法、反求工程。逆向工程技術與傳統(tǒng)的產(chǎn)品正向設計方法不同。它是根據(jù)已存在的產(chǎn)品或零件原型構造產(chǎn)品或零件的工程設計模型，在此基礎上對已有產(chǎn)品進行CAD重建，在根據(jù)需求進行設計和改進，是對已有產(chǎn)品設計的再設計和改進。逆向工程的主要任務是將原始物理模型轉化為工程設計概念或產(chǎn)品數(shù)字化模型。實物或樣件三維測量數(shù)據(jù)三維產(chǎn)品數(shù)模產(chǎn)品的一體化開發(fā)。設計中充分利用CADCAECAM技術對已有的產(chǎn)品進行設計服務。 （2） 逆向工程測量系統(tǒng)根據(jù)測量時測量頭是否和零件接觸，可按其測量方式分兩大類。 接觸式測量：故名思議，測量時測量針頭測量時和零件接觸取得

24、數(shù)據(jù)。根據(jù)使用的測頭不同。又可分為觸發(fā)式和連續(xù)式。接觸式應用最為廣泛的是三坐標測量機。它是20世紀6o年代發(fā)展來的新型高效精密測量儀器，是有很強柔性的大型測量設備。 非接觸式測量：根據(jù)測量原理的不同，可分為三角形法、激光干涉法、激光衍射法、結構光法、計算機視覺法、超聲波法和層析法、CT測量法、MRI測量法等。（3） 逆向工程技術流程數(shù)據(jù)采集：逆向工程是以一個物理零件或模型作為開始，進而決定下游工程。通常采用三坐標測量機、激光三維掃描、結構光測量等裝置來獲取樣件的三維數(shù)據(jù)點。 數(shù)據(jù)處理：包括點云處理、曲線處理、曲面處理、誤差分析點處理過程：主要包括多視點云的拼合、點云過濾、數(shù)據(jù)精簡和點云分塊等。

25、 曲線處理過程：根據(jù)所要創(chuàng)建的曲線類型，曲線可以設計得與點的片段相同，讓曲線更光滑；也可由已存在的點創(chuàng)建出曲面；檢查和修改曲線，檢查曲線與點或其它曲線的精確度、平滑度與連續(xù)的相關性在進行設計修改。 曲面處理過程：根據(jù)所要創(chuàng)建的曲面類型，可以選擇創(chuàng)建的曲面以精確為主或以光滑為主，或兩者居中；也可由點云或曲線創(chuàng)建曲面；檢查和修改曲面，檢查曲麗與點或其它曲面或特征的精確度、平滑度與連續(xù)的相關性再進行設計修改。 誤差分析：被測物對機構引起的綜合軌跡誤差、逆向工程設計所依據(jù)的數(shù)據(jù)值存在的測量誤差、設計中的被測物存在的加工誤差、設計)中的曲線擬合存在的擬合差等方面的綜合分析。（4）逆向工程技術的常用軟件目

26、前，比較著名的逆向工程軟件如下：1:Imageware(美國EDS公司)，廣泛應用于汽車、航空、航天、家電、模具。具有強大的點云處理和NURBS曲面重構功能。2:Geomagic(美國Raindrops公司)，主要用于玩具、工藝品等領域。具有豐富的數(shù)據(jù)處理手段，可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)快速構造出多張連續(xù)的曲面模3:CopyCAD (英國DELCAM公司系列產(chǎn)品)，主要處理測量數(shù)據(jù)的曲面造型。DELCAM的產(chǎn)品涵蓋了從設計到制造、檢測的全過程。4:RapidForm (韓國INUS公司開發(fā))逆向工程軟件，主要用于處理測量、掃描數(shù)據(jù)的曲面建模以及基于CT數(shù)據(jù)的醫(yī)療圖像建模。還可完成藝術品的測量建模以及高級

27、圖形生成。以上介紹的是常見逆向工程軟件 均是國外的。國內在逆向工程軟件方面的研究主要集中在高等學校(如西安交通大學JDRE、浙江大學RESOFT、西北工業(yè)大學NPUSRMS)，但是由于系統(tǒng)穩(wěn)定性、可操作性等原因，這些研究性軟件還沒具備與國外商業(yè)化軟件競爭的條件。 逆向工程技術的應用領域模具設計制造方面：現(xiàn)代制造的大量模具都是由三維曲面構成，常常需要通過多次反復修改原始的模具型面，已得到所需的模具。然而曲面的改變卻未反應在原始的CAD模具上，只要借助逆向工程的反求功能，可以時時的修正在制造過程中變更過的設計模型，從而得到新的完整的CAD模型。 用于難于用基本幾何元素來表達與定義的復雜曲面：如流線

28、型的產(chǎn)品、工藝品以及不規(guī)則的線條組成的構件等，在精度、完整度等方面都很難以保證，利用逆向工程則可以加快設計速度并達到很好的精度。 沒有圖紙或者圖紙不全，沒有CAD模型不能生產(chǎn)情況下：采用零件原件利用逆向工程進行點云測量，在形成零件設計圖紙和三維CAD模型。并以此為依據(jù)利用CAM軟件生成數(shù)控NC代碼，復制生產(chǎn)一個相同的零件 設計的零件要通過實驗驗證的：首先在實體模型的基礎上縮小比例經(jīng)過各種實驗性能測試，逐步修改實體模型。最終的實驗模型借助逆向工程就可以將其轉化為三維CAD模型?？焖贆z驗零件制造精度：通過逆向工程三維掃描技術建立零件模型和設計者設計的CAD模型比較。可以檢測零件的制造精度。找出設計

29、的不足，使產(chǎn)品不斷完善。在以上幾個領域，逆向工程都不可缺少。其中復雜曲面產(chǎn)品的研發(fā)設計的發(fā)展最為突出?，F(xiàn)在依托高精度三維數(shù)字掃描系統(tǒng)的逆向工程，結合CADCAMCAPPRP(快速成型1是當前產(chǎn)品設計研發(fā)的全新技術之一。涵蓋的產(chǎn)業(yè)有：汽車摩托業(yè)、電子通訊業(yè)、玩具業(yè)、模具業(yè)、家電業(yè)、運動器材業(yè)、五金業(yè)等。制造的產(chǎn)品有：汽車模具外蓋件、手機外殼、電器外型、耳機、玩具、文化用品等。這些逆向工程技術都大大的節(jié)省了產(chǎn)品開發(fā)的時間和成本。1.3 逆向設計軟件CATIA1.3.1 CATIA軟件的簡介CATIA是法國Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一體化軟件，Dassault S

30、ystem 成立于1981年，CATIA是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的縮寫。 在70年代 Dassaut Aviation 成為了第一個用戶，Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企業(yè)，其產(chǎn)品以幻影2000和陣風戰(zhàn)斗機最為著名。 從1982年到1988年，CATIA 相繼發(fā)布了1版本、2版本、3版本，并于1993年發(fā)布了功能強大的4版本，現(xiàn)在的CATIA 軟件分為V4版本和 V5版本兩個系列。V4版本應用于UNIX 平臺，V5版本應用于UNIX和Windows 兩種平臺。 CATIA如今其在

31、CAD/CAE/CAM以及PDM領域內的領導地位，已得到世界范圍內的承認。 其銷售利潤從最開始的一百萬美圓增長到現(xiàn)在的近二十億美元。雇員人數(shù)由20人發(fā)展到2，000多人。居世界CAD/CAE/CAM領域的領導地位，廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子電器、消費品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設計與制造領域，其特有的DMU電子樣機模塊功能及混合建模技術更是推動著企業(yè)競爭力和生產(chǎn)力的提高。 CATIA 提供方便的解決方案，迎合所有工業(yè)領域的大、中、小型企業(yè)需要。包括:從大型的波音747飛機、火箭發(fā)動機到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過13,000的用戶

32、選擇了CATIA。CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強大的功能以得到各行業(yè)的認可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實上的標準。CATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個奇跡，從而也確定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行業(yè)內的領先地位。1.3.2 CATIA的逆向設計模塊由于本論文，主要研究的是基于CATIA的儀表盤逆向設計，這里有必要把CATIA軟件的逆向功能模塊介紹一下。CATIA逆向工程使用數(shù)字曲面編輯器 (Digitized Shape Editor, DSE)、創(chuàng)成式外形設計 (Generative Shape Desig

33、n, GSD)、快速曲面重建 (Quick SurfaceReconstruction, QSR)、自由曲面造型(Freestyle Shear, FSS)等模塊來進行逆向操作。DSE模塊可用來處理點云文件,該模塊可以對云進行導入導出、分析過濾、網(wǎng)格鋪面、繪制交線等操作。對于分塊掃描的大型零件, DSE的分割拼接功能可以對點云文件依據(jù)對準球(測量點云數(shù)據(jù)時人為設置的小圓點, 作為后續(xù)工作兩部分點云對齊的基準)進行拼接, 將各塊點云數(shù)據(jù)合并為一個整體的零件點云。使用DSE模塊的最主要目的是通過對零件點云數(shù)據(jù)的分析、處理,從而獲得點云網(wǎng)格面特征交線,這是正確擬合曲面的基礎。QSR模塊可以將 DSE

34、處理后得到的點云網(wǎng)格面特征交線進一步轉變?yōu)榭臻g曲線, 使用曲面擬合命令, 以點云為參考、以空間曲線為基礎擬合得到高質量曲面。其帶有的曲線分析工具可以分析空間曲線與點云網(wǎng)格面特征交線之間的誤差。GSD和FSS模塊是使用CATIA進行三維曲面設計的主要工作平臺, 在平臺中可使用線架和表面特征快速建立從簡單到復雜的任意形狀曲面,這兩個模塊有大量創(chuàng)建和編輯曲面的設計工具。在逆向設計中,主要是應用這兩個模塊擬合和拼接曲面的功能, 形成完整的結構外形; 同時對孔、筋、圓弧等細 節(jié)部分正向重建。FSS模塊的曲面分析功能可用于 所有類型的曲線、曲面分析,將重建的擬合曲面與點 云或網(wǎng)格面進行曲面分析,可以得到誤

35、差分析圖,便于驗證重建曲面的正確性。簡單外形的零件一般采用DSE及QSR兩個模塊即可完成曲面的構建;具有復雜外觀及有多孔、多筋的復雜零件,在DSE及QSR處理得到整體曲面結構后, 還需要在GSD和FSS等模塊里進行細部結構的重建與修飾,最后生成的實體在FSS模塊里進行曲面品質分析。1.4本論文研究目的和工作內容（1）研究目的隨著人們生活水平的提高，購買汽車的欲望也越來越大，對汽車的性能要求也越來越高。因此造型優(yōu)美、性能優(yōu)秀、高性價比的汽車，倍受消費者的青睞。而作為汽車點睛之筆的儀表盤，也正經(jīng)歷著一場新的變革，如何快速的生產(chǎn)出極具動感而又性能穩(wěn)定的儀表盤對，成為了設計者們研究的課題。以縮短設計周

36、期節(jié)約成本為目的的逆向工程技術也更多的應用在儀表盤的設計當中，因此儀表盤規(guī)范的逆向設計流程、快速的逆向方法成為了設計者們探索的新目標。本論文旨在研究探索出一種規(guī)范的逆向設計儀表盤的流程，以CATIA為逆向軟件，并歸納出逆向設計儀表盤的方法技能。（2）工作內容如下 分析當前汽車儀表盤的行業(yè)、技術、市場、工藝、生產(chǎn)等特性特征，總結出今后幾年內儀表盤的發(fā)展趨勢。為下面即將進行的汽車儀表盤的逆向設計做出材料信息的準備。以CATIA為逆向軟件，具體的逆向設計一個儀表盤，先完成從點云的采集到生成三維數(shù)模等一系列工作，再審核整理修改得到最終的設計結果，并且以圖片、文字、三維數(shù)模等方式記錄和展示具體的操作過程

37、。最后歸納整理出可行的逆向設計汽車儀表盤的方法技能。在完成一個儀表盤零件的逆向設計的基礎上，結合當前的儀表盤的設計流程、發(fā)展趨勢等相關知識，總結一套可行規(guī)范的汽車儀表盤的逆向設計流程。2 汽車儀表盤概述 2.1 汽車儀表盤簡介2.1.1汽車儀表盤定義 圖2.1儀表盤汽車儀表盤是汽車內飾件的重要組成部分，是各種儀表、信號及操作開關集合處，是汽車的操縱控制與顯示的集中部位，能集中、直觀、即時、準確地提供汽車在行駛過程中的各種動態(tài)狀況，如行駛速度、里程、電系狀況、制動、壓力、發(fā)動機轉速、冷卻液溫度、油量、方向指示等；同時，駕駛人員可以通過汽車儀表不斷反饋的信息，對汽車進行適時有效的控制，使汽車儀表成

38、為駕駛人員與汽車進行信息交流和互動的界面。2.1.2 汽車儀表盤各符號的含義由于汽車儀表盤是駕駛員與汽車直接進行信息交流的界面和互動的界面，正確的認識汽車儀表盤上各符號的特征含義就顯得特別重要了，通過這些符號或指示燈，就能更好的掌握汽車當前的運行狀態(tài)，讓駕駛員更好的操縱汽車。其中的一些符號還有提示作用增加汽車的安全性。下面通過一張表來講解汽車上各個符號的含義，如下表所示。表2.1汽車各指示燈及含義（1）指示燈指示燈的含義安全氣囊指示燈-顯示安全氣囊工作狀態(tài)的指示燈，接通電門后點亮，約34秒后熄滅，表示系統(tǒng)正常，不亮或常量表示系統(tǒng)存在故障。 車門狀態(tài)指示燈顯示車門是否完全關閉的指示燈，車門打開或

39、未能關閉時，相應的指示燈亮起，提示車主車門未關好，車門關閉后熄滅。駐車指示燈駐車制動手柄（即手剎）拉起時，此燈點亮。 手剎被放下時，該指示燈自動熄滅。在有的車型上，剎車液不足時此燈會亮。電瓶指示燈-顯示蓄電池工作狀態(tài)的指示燈。接通電門后亮起，發(fā)動機啟動后熄滅。如果不亮或長亮不滅應立即檢查發(fā)電機及電路。剎車盤指示燈-顯示剎車盤片磨損情況的指示燈。正常情況下此燈熄滅，點亮時提示車主應及時更換故障或磨損過渡剎車片，修復后熄滅。機油指示燈-顯示發(fā)動機機油壓力的指示燈，本燈亮起時表示潤滑系統(tǒng)失去壓力，可能有滲漏，此時需立即停車關閉發(fā)動機進行檢查。水溫指示燈-顯示發(fā)動機冷卻液溫度過高的指示燈，此燈點亮報警

40、時，應即時停車并關閉發(fā)動機，待冷卻至正常溫度后再繼續(xù)行駛。燃油指示燈-提示燃油不足的指示燈，該燈亮起時，表示燃油即將耗盡，一般從該燈亮起到燃油耗盡之前，車輛還能行駛約50公里左右。表2.1汽車各指示燈及含義（2）指示燈 指示燈的含義前后霧燈指示燈-該指示燈是用來顯示前后霧燈的工作狀況，前后霧燈接通時，兩燈點亮，圖中左側的是前霧燈顯示，右側為后霧燈顯示。.轉向指示燈-轉向燈亮時，相應的轉向燈按一定頻率閃爍。按下雙閃警示燈按鍵時，兩燈同時亮起，轉向燈熄滅后，指示燈自動熄滅。遠光指示燈-顯示大燈是否處于遠光狀態(tài)，通常的情況下該指示燈為熄滅狀態(tài)。在遠光燈接通和使用遠光燈瞬間點亮功能時亮起。安全帶指示燈

41、-顯示安全帶狀態(tài)的指示燈，按照車型不同，燈會亮起數(shù)秒進行提示，或者直到系好安全帶才熄滅，有的車還會有聲音提示。內循環(huán)指示燈-該指示燈是用來顯示車輛空調系統(tǒng)的工作狀態(tài)，平時為熄滅狀態(tài)。當打開內循環(huán)按鈕，車輛關閉外循環(huán)時，該指示燈自動點亮。圖2.2上海PASSAT的組合儀表2.2汽車的組合儀表及工作原理組合儀表里包含，有車速表、里程表、發(fā)動機轉速表、燃油表、水溫表等。這些儀表反應了車輛當前行駛的狀態(tài)，直接與駕駛員進行信息交流。（1）車速表，反應車速的裝置。工作原理：車速傳感器 發(fā)出方波信號 D/A 指示。車速表指示的法規(guī)要求：車速表指示車速不得低于實際車速，在GB 15082（2008）汽車用車速

42、表規(guī)定的試驗車速下，并在這些車速之間，其指示車速與實際車速之間應符合下列關系式：0V1-V2V2104 kmh （2.1）其中 V1指示車速（kmh） V2實際車速（kmh ）例如指示的車速V1=80km/h時，即080- V2V2104，得： 76.36V280 kmh由上訴計算可知，速度表的指示車速值往往比實際車速值要大一點。（2）里程表。里里程表是反應車輛行駛總路程的裝置，當達到一定值后，車輛就需要進行保養(yǎng)。汽車儀表不但能指示車速值，還能夠顯示行駛的里程數(shù)，里程表就起到此功能。其實里程表和車速表是相關聯(lián)的，都反映的是汽車輪胎的行駛狀況。 里程表和輪胎的關系：n=1000×I(2

43、×r×i) （2.2） 其中 I-主減速比 i-邁速輪傳動比 r-滾動輪半徑（3）發(fā)動機轉速表 反應發(fā)動機轉數(shù)的裝置。發(fā)動機的轉速直接與車輛行駛時的速度與牽引力有關。工作原理：轉速傳感器將齒圈的轉速轉化成正弦電壓信號 ECU接收到正弦電壓信號，并將其轉化成規(guī)整的矩形波 儀表接收到脈沖信號，驅動指針偏轉。（4）燃油表、水溫表燃油表：反應燃油剩余量的裝置，提醒駕駛員加油。行業(yè)規(guī)定，當指示值為零時，油箱里面其實還有一部分油的，大概還能保證車輛行駛30到50公里的路程，如果還不加油，車輛才會因無油無法行駛。設計時需要注意：油量指示范圍；表示形式（數(shù)字或字母），報警區(qū)域；油量傳感器與

44、油箱的配合。水溫表：反應發(fā)動機冷卻水的溫度。當溫度較高時，冷卻風扇的轉速也會提高，以加速冷卻液的冷卻，當溫度過高時，潤滑劑承受不了，發(fā)動機的熱量散吧出去，這樣發(fā)動機就不能進行正常的工作了，所以駕駛員要注意溫度指示計，以保證車輛的正常行駛。 設計時需要注意：水溫表指示范圍；水溫傳感器與發(fā)動機的配合。2.3汽車儀表盤的計流程 汽車儀表盤零件開發(fā)從造型開始，經(jīng)零件設計、工藝設計、模具結構設計、模具制造、試模，到能成功生產(chǎn)出產(chǎn)品為止，是一個相當復雜的過程。其中造型部分是基礎，一個造型的好壞直接影響到零件注塑性能及其有限元分析和數(shù)控加工部分。因此要求汽車儀表盤零件曲面造型設計中其外表面的曲線和曲面是光順

45、的。下面是汽車儀表盤的一般設計流程。2.3.1風格造型 （1）油泥模型 根據(jù)整車總布置的技術要求和周圍的邊界條件，參考相應的樣件，并按造型師的設計意圖，來制作儀表板總成的油泥模型。在制作油泥模型時，應考慮以下因素： 符合人機工程學的要求，保證其安全性、舒適性； 充分考慮到人的各種習慣，保證各種開關、按鈕等控制件的操作方便性； 布置在儀表板總成上的各種儀表具有良好的視野性； 造型美觀大方、有特色，但必須與整車風格協(xié)調一致； 結構優(yōu)化，便于加工制造與維修； 儀表設備功能齊全、先進與完善； 借鑒相關車型儀表板造型的成功經(jīng)驗； 、油泥模型的測量與數(shù)據(jù)處理 確定測量方案，利用照相測量法提取油泥模型表面數(shù)

46、據(jù)，利用三坐標測量機測取孔位數(shù)據(jù)等； 對測量數(shù)據(jù)進行編輯處理，生成CAD 系統(tǒng)能夠接受的數(shù)據(jù)格式（如ASC、STL 等）； 把測量數(shù)據(jù)輸入CAD 系統(tǒng)，進行點云編輯處理（點云數(shù)據(jù)過濾、點云數(shù)據(jù)的色彩渲染、點云數(shù)據(jù)的剖切），以獲得建模所需的最佳數(shù)據(jù)； 把處理好的數(shù)據(jù)匹配到車身整車坐標系中，以便與周圍的汽車零部件的數(shù)模進行整體匹配處理； 儀表板總成的總體定義與初步設計 初步檢查和校核儀表板總成的功能完善性、可制造性與維修性，各功能零部件的分塊方法；初步確定儀表板總成的結構形式、制造材料、加工制造工藝、拔模方向等關鍵參數(shù)； 定義儀表板總成及部件的安裝方式和安裝順序； 初步定義各部件之間的安裝位置和安

47、裝截面圖（Master Section）； 初步定義儀表盤總成的各位置的間隙； 儀表盤風格曲面設計 Class-A 曲面的初步設計。該項工作的主要目的是快速構造出儀表板總成的基本三維模型，以滿足各種數(shù)據(jù)檢查的需要以及為曲面精細調整作準備。在該階段不需要過多的考慮曲面質量的好壞，重要的是將形成的三維數(shù)據(jù)用于對功能性檢查（與供暖、換氣、空調系統(tǒng)的協(xié)調，與方向機構和安裝結構的協(xié)調， 與ABS 及電器裝置的協(xié)調等）、曲面分塊方案和可制造性的檢查、各種運動部件的機構和人機檢查等工作。 這樣，在進入結構和詳細設計之前，已經(jīng)完成許多方案的最終定義。為了順利地完成這部分工作，必須進 行曲面合理的分塊、主體曲面

48、（儀表板頂部曲面、前段曲面、儀表盒曲面、兩側曲面等）和關鍵圓角曲面 的創(chuàng)建等工作。在曲面初步設計階段，主體曲面一般先采用一個階數(shù)較小的曲面進行擬合，一般是4x4 階曲面，這樣就能較容易地調整出一個較為近似的曲面，它的基本特征是擬合精度不是太高（在許用的誤差范圍內），曲面光順性要求不高，但曲面分塊要合理；曲面的細節(jié)部位可簡化處理。 Class-A 曲面精細設計，對主體曲面進行精細調整（曲面的修改、網(wǎng)格優(yōu)化、匹配處理等），使之符合Class-A 的技術要求，關鍵圓角符合曲率連續(xù)要求，并對細節(jié)曲面進行詳細設計。在曲面精細設計階段，如4x4 階曲面不能很好地擬合點云數(shù)據(jù)，則采用提高曲面階數(shù)的方法，來提

49、高曲面的擬合精度。但隨著曲面階數(shù)的增加，會給曲面的調整帶來許多困難和增加許多調整曲面的工作量。一般的Class-A 曲面的階數(shù)是6x6 階，最多不超過8x8 階。理由是6x6 階的曲面一般能對曲面進行較好的擬合，可以滿足曲面擬合精度要求與周圍曲面的匹配精度（曲率連續(xù)）要求，而且也不會對曲面調整帶來許多困難與工作量；曲面精細調整時，有必要把曲面上所有的橫向、縱向控制網(wǎng)格線投影到平面上（汽車設計工程中常常以25、50、100mm 為間隔的等距平面），以生成高質量的曲面；單個曲面精細調整后，還應對相鄰曲面進行匹配處理，以生成曲率連續(xù)的曲面組。 曲面品質評價，利用CATIA-V5的各種曲面檢查功能來檢

50、驗所生成曲面的質量，如利用斑馬線檢查功能、斷面線曲率圖檢查功能來判斷曲面曲率的分布情況；利用曲面間連接性檢查功能來判斷曲面間的連接性情況（如點連續(xù)、切矢連續(xù)、曲率連續(xù)等）；利用曲面擬合精度檢查功能來判斷生成曲面與點云數(shù)據(jù)的誤差分布情況；利用拔模角分析功能來判斷所生成零件模型的制造工藝性情況等。 2.3.2結構及特征設計 安放儀表組合設計 儀表組合是整車儀表板中非常重要的零部件，它向司機隨時提供關于汽車各方面的信息與數(shù)據(jù)，同時還起裝飾作用。這些儀表組合必須布置在司機的正常視野范圍內，以滿足司機的正常駕駛要求。根據(jù)所選用的儀表組合的外形與尺寸設計安裝儀表組合的內孔形狀與尺寸，并確定其安裝和維護方式

51、。 2.3.3 零件詳細設計 儀表板本體結構設計 首先根據(jù)儀表板的造型風格特點及車型的市場定位，確定儀表板本體的設計結構與工藝方案。一般低檔轎車或吉普車的儀表板本體采用整體注塑成型儀表板，材料選用PP 復合材料、ASG 及改性PPO 材料。整體注塑 成型可以充分發(fā)揮其一次成型復雜形狀的特點，減少零件的數(shù)量，結構設計自由度大，工藝簡單，生產(chǎn)效率高，成本低等。根據(jù)結構安裝的需要和強度、剛度的要求，可以采用沖壓件、焊接支架等進行支撐、加強或與車體結構進行連接等。進行結構設計時應首先滿足使用功能要求，與車體連接簡單可靠，各種安裝件安裝時的可接近性好，不應采用安裝后破壞整體外觀的連接方式。由于許多安裝件

52、并不是固定的，因此要在結構設計之前就應開始運動部件機構設計，充分考慮運動部件的機構性能及其協(xié)調性。在進行結構設計的同時還應充分考慮其制造工藝性，進行充分的工藝分析，有條件的情況下應與制造方充分協(xié)商產(chǎn)品的工藝性能。要充分考慮到使用功能性、安裝方便性、制造工藝性等要求。 儀表組合設計 儀表組合是整車儀表板中非常重要的零部件，它向司機隨時提供關于汽車各方面的信息與數(shù)據(jù)，同時還起裝飾作用。目前汽車儀表趨向于把各種功能儀表及報警燈設計成整體的一個組合儀表。儀表主要包含有車速度表、發(fā)動機轉速表、燃油表、機油壓力表、冷卻液溫度表、電流表、行車里程表。有些儀表還設有自動擋檔位位指示、計時鐘、環(huán)境溫度表、路面傾

53、斜表和地面高度表等等。警報信號與工作指示燈系統(tǒng)有：危險警報信號指示燈、機油壓力警報燈、各種故障警報燈、手制動工作指示燈、左右轉向指示燈、發(fā)動機冷卻液高溫警報燈、機油壓力警報燈、制動塊磨損警報燈等。 2.3.4裝配設計 儀表板總成裝配設計是指把儀表板總成的所有零部件，按他們之間的裝配關系要求，組裝在一起，以滿足儀表板總成的總體功能要求。在儀表板總成裝配設計階段，主要考慮所采用的裝配關系是否滿足功能要求，裝配工藝性如何等。為了滿足上述要求，我們可以利用CATIA-V5 的強大電子樣車（DMU ）技術，來發(fā)現(xiàn)零、部件在裝配過程中的所有裝配性問題，以便使問題在實際制造前得到及時地解決。如利用運動分析功

54、能來分析運動部件在運動過程中，是否會產(chǎn)生運動干涉；利用拆裝分析功能來分析部件的裝配工藝性等；利用導航分析功能來分析部件的裝配關系以及靜態(tài)干涉等；利用人機工程學分析功能來分析駕駛員的視野性等。 2.3.5儀表板總成開發(fā)流程圖 以下是儀表盤開發(fā)流程圖：項目啟動數(shù)據(jù)模型點云采集油泥模型造型效果圖風格造型設計計結構斷面設計樣件試制審查校核CAE分析裝配設計裝配設計詳細零件設計圖2.3開發(fā)流程2.4 汽車儀表盤的發(fā)展趨勢汽車儀表盤早期設計僅從功能上著手，設計比較規(guī)則、簡陋，很難做到造型上的美觀。隨著人類生活水準的提高，現(xiàn)代儀表表盤型逐步注重美感。作為重要內飾件的儀表盤同其他汽車零部件一樣，正經(jīng)歷著一場新

55、的由安全、舒適、節(jié)能和環(huán)保等綜合因素推動的變革。這場變革中，儀表盤的幾大發(fā)展趨勢十分明顯： 精簡化設計隨著電子的快速發(fā)展，汽車儀表越來越多，儀表盤越來越復雜，在充分滿足汽車性能要求的同時，又必須滿足降低汽車工業(yè)成本的總要求，精簡化設計就顯得越來越重要了。簡化儀表盤的設計，如把一些零件歸并組合等方法，減少了物理模型，使模具變得精簡，降低制作模具的成本。輕量化設計在滿足強度剛度等性能的前提下，減少儀表盤的質量，如使用新材料降低材料的厚度使用加強筋等，同樣可以降低成本。汽車質量的減少，燃油的經(jīng)濟性也就得到提高。降低NVHNVH即噪聲、震動和沖擊。近年來，車內噪聲的高低已經(jīng)成為消費者評價車輛整體質量的

56、重要的“可聽性”指標；同時駕駛和乘坐過程中所受的到的震動和沖擊也備受關注，它是舒適性的體現(xiàn)之一。所以降低NVH不僅為汽 車制造企業(yè)所重視，也同時為汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)所重視。所以對于汽車儀表盤也提出了更高的要求，他不僅要能夠吸收來至發(fā)動機艙的震動和緩汽車行駛時的沖擊同時還要有吸收噪音的功能。如熱塑性材料的儀表盤吸噪性能十分優(yōu)良，深受汽車廠的歡迎。今后將在加工、設計過程中進一步探索，以期良好的吸收振動和沖擊的效果。 耐熱性設計由于汽車車廂的密封性和保溫性的要求，這使得汽車內部零件部要承受的溫度迅速上升，例如研究表明，現(xiàn)代汽車儀表板的各接頭及儀表板內部的溫度，可達100-120，儀表板的其他部位的溫度也在85-90。這種溫度對汽車儀表盤材料的耐熱性提出了要求，它要求儀表盤長期在高溫下不變形、不失效、不影響個儀表的精度，同時還不產(chǎn)生有害氣體。人機設計 儀表擔任著直接與駕駛員進行信息交流的任務，駕駛員時刻通過眼睛看儀表盤來了解掌握當前汽車的運行狀態(tài)。因此，儀表盤的位置高度及顯示的顏色深度就必須滿足駕駛員視角的要求，以免長時間的駕駛讓駕駛員產(chǎn)生視覺疲勞，影響汽車駕駛的安全性。同時儀表臺上面的操作開關也因考慮駕駛員的伸手可觸性