导流罩的设计和制造Word文档下载推荐.docx
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先在点云数据上找出可以定位的特征，然后在整车上做出与其相似的特征，最后使用ImageWare中的对齐工具来进行对齐。
在本例子中，利用导流罩上的四个安装孔做为对齐的特征，对齐的具体操作步骤为：
（1）、在点云数据中找出并拟合可以定位、用于对齐的特征：
通过菜单命令Modify→Extract→Circle-SelectPoints提取四个安装孔附近的点云数据；
通过菜单命令Construct→CurvefromCloud→BoundingCircle，在对话框中选择内切圆方式，将提取出来的点云数据拟合成四个圆；
通过菜单命令Create→SurfacePrimitive→Sphere，做出四个特征球，特征球的球心选择上一步拟合的四个圆的圆心，直径可设置为任意值（在本例子中设置为10mm）。
（2）、在整车上做出用于对齐的特征：
在整车的绝对坐标系上测量导流罩四个安装点的绝对坐标值，以此绝对坐标值为球心制作出对应的四个基准球，直径可设置为任意值（在本例子中设置为20mm）。
（3）、创建组群：
选择菜单命令Edit→CreateGroup将点云数据与通过点云数据拟合的四个特征球合并为一个组群。
（4）、使用ImageWare中的对齐工具来进行对齐：
采用基于特征的对齐方式，选择菜单命令Modify→Align→FeatureBased，在弹出的对话框中设置对齐的形式，选择配对的特征，即可完成点云数据的对齐。
基于特征的对齐方式有三种对齐的形式，如表1-1所列。
表1-1基于特征的对齐方式
序号
对齐形式
设置选项
对齐误差
优缺点
1
混合式
MixedMode
在所有配对特征间取平均误差
只有当将配对特征约束完全定义好后才能确认对齐
可以定义比必需的配对特征更多的约束
2
约束的混合式
Constrained
第一个配对特征为一个精确的拟合，剩余配对特征取平均误差
3
逐步式
Stepwise
对齐误差取决于配对特征选取的顺序，第一个配对特征为一个精确的拟合，以下每个配对特征误差增大
定义好第一个配对特征后即可确认对齐
当配对特征完全约束后，不再接受更多的配对特征
在本例子中选择混合式对齐形式来进行对齐，取所有配对特征的平均误差，从对齐的信息中可以看出，对齐的误差为：
0.7751mm。
同时，我们也可以尝试用逐步式对齐形式来进行对齐，从对齐的信息中可以看出，第一个配对特征的误差为0，第二个配对特征的误差为：
1.0795mm，第三个配对特征的误差为：
1.9023mm。
由此可见，用混合式对齐形式来进行对齐的误差值较小。
图1-3两种对齐形式的误差值比较
（5）、对齐后处理：
将点云数据对齐到整车绝对坐标系后，需将对齐操作第三步创建的组群解散，否则，点云数据不可操作，解散组群操作的菜单命令为：
Edit→Ungroup。
至此，点云数据的对齐处理结束，点云数据的预处理工作也完成了，可以进行下一步的曲面构建工作。
点云数据的对齐操作是点云数据预处理的重要步骤，也是必须进行的一步，总结点云数据对齐操作的要点有：
（1）、选择合适的对齐特征，通常是选择特征点，将其拟合成直线、圆、球或平面等。
（2）、需将拟合的对齐特征与点云数据合并为一个组群。
（3）、为便于识别对齐特征，可利用层设置来管理对齐特征，修改特征名称等。
（4）、选择合适的对齐工具来进行对齐。
1.2、构建曲面
进行导流罩的曲面构建，首先应分析导流罩模型，确定模型由哪些主要型面组成，按模型曲面的构成对点云数据进行分块，然后按分块点云构造模型的基本曲面，最后制作连接曲面，将主要型面连接起来而形成完整的曲面模型。
1.2.1、点云数据分块
点云数据分块是曲面构建的重要环节，如果点云数据分块得当，不仅曲面的构建会变得简单，曲面的光顺性也会得到很大的提高。
对点云数据进行分块，其关键是要抓住模型的特征，要均衡考虑以下因素：
（1）、划分的单个曲面要尽量简单，以利于曲面的构建。
（2）、总的曲面数量在能够反映模型特征的前提下，要尽量少，以避免所构建的曲面过于琐碎。
（3）、对于曲率变化较大而又没有明显圆角过渡的曲面，可以分为一个块，通过构建多个曲面，利用桥接命令将其组合成光滑的曲面。
对点云数据分块，曲率分析法是一种常用的方法，点云数据的曲率分析操作能显示出高曲率和低曲率区域在哪个位置，曲面的棱线和过渡线、过渡面可以通过曲率的变化来加以判定，通过曲率分析可以确定模型由哪些主要曲面组成。
曲率分析的菜单命令为：
Evaluate→Curvature→CloudCurvature，选择命令，在弹出的对话框中设置NeighborhoodSize值（此值应设置成与多边形网格化处理中的NeighborhoodSize值相同，在本例中设为3mm），点击Apply确定，点云数据生成一张色图，如图1-4所示，从曲率分析的颜色信息可以确定模型由哪些主要型面构成，由图1-4可以确定模型由9个主要型面组成（前照灯曲面除外），因此，可将点云数据分为9个块，分别为M1～M9，如图1-5所示。
图1-4点云数据曲率分析图1-5点云数据分块
1.2.2、构造基本曲面
完成点云数据的分块后，下面就可以进行基本曲面的构建工作。
在点云数据分块步骤中将点云数据拆分成9个互相独立的点云，根据每个独立的点云的形状特征，选择不同的曲面构建方法构造模型的基本曲面。
在ImageWare软件中，常用的曲面构建方法有：
（1）、放样曲面：
（菜单命令为：
Construct→Surface→Loft），其步骤为：
通过菜单命令Construct→CrossSection→CloudParallel在点云上截取截面点云，通过菜单命令Construct→CurvefromCloud→UniformCurve将截面点云拟合成曲线，通过菜单命令Construct→Surface→Loft将拟合的曲线放样成曲面。
采用此方法构造曲面，操作复杂，放样曲面的质量取决于放样曲线的质量，因此要求放样曲线要光顺，控制点要均匀，所有的放样曲线都必须有相同数量的节点，并且曲线的方向也应一致，通过截面点云拟合的曲线一般都不能直接用于放样曲面，需对其控制点进行调整，进行光顺化处理。
（2）、四边曲面：
Construct→Surface→SurfacebyBoundary），此方法适用于比较规则的四边曲面的构造（如本例中的M2和M5），用此方法构造曲面也需通过拟合边界曲线，利用拟合的边界曲线构造曲面。
曲面的质量同样取决于曲线的质量。
（3）、点云直接拟合曲面：
通过菜单命令Construct→SurfacefromCloud→UniformSurface选取需要拟合的点云，在对话框中设置曲面的参数，点击Apply确定，即可完成曲面的拟合。
采用此方法构造曲面，操作简单，拟合的曲面精度高，其缺点是曲面的控制点分布没有规律，曲面的质量不好，光顺性差，需对曲面的控制点进行调整，进行光顺化处理。
（4）、平面逼近点云：
Modify→ShapeControl→WrapSurfacetoClond），其步骤为：
①、采用四点构面法（菜单命令为：
Create→SurfacePrimitive→Surfacew/4Points）在点云上做一平面。
②、增加平面的控制点（提高面的阶数），操作方法为：
在平面上按下鼠标右键，在弹出的曲面编辑菜单中选择右上角的按钮（RedistributeB-Spline），在弹出的对话框中设置面的阶数（Order）。
③、通过菜单命令Modify→ShapeControl→WrapSurfacetoClond用构造的平面逼近点云。
采用此方法构造的曲面精度高，曲面的控制点具有规律性、具有可延伸性，曲面光顺性好，是最常用的一种曲面构造方法。
进行基本曲面的构造，首先直接采用已分块的点云数据，选择合适的曲面构建方法，进行曲面模型的粗建，生成初级曲面，在本例子中，M1可用放样曲面来构造初级曲面，M2、M5用四边曲面来构造初级曲面，其余曲面用平面逼近点云法来构造。
在构造初级曲面时，有些点云块曲率变化较大，如用一个曲面去拟合点云数据，则其误差较大，在这种情况下，可将点云块进一步拆分，用几个曲面去拟合点云数据，最后通过桥接命令制作连接曲面将其组合成光滑的曲面，在本例子中，M3、M7、M8三个点云块需进行进一步的拆分，分别用几个曲面去拟合点云数据，在下一步通过制作连接曲面将其组合成光滑的曲面。
初级曲面一般只是大体反映了模型表面的特征和走势，从精度、光顺性以及曲面的尺寸都需要做进一步的调整和完善，通过调整曲面的控制点，对初级曲面做进一步的调整，提高曲面的质量，使曲面在精度、光顺性方面都能满足设计要求。
在ImageWare软件中，调整曲面的控制点的操作方法为：
在平面上按下鼠标右键，在弹出的曲面编辑菜单中选择右边中间的按钮（EditSurface），设定调整方向后，点击要调整的控制点，拖动鼠标即可对控制点进行调整。
（基本曲面的构造及调整是一项比较烦琐的工作，需要一定的耐心，对曲面进行不断的调整而达到最佳状态）。
由于导流罩表面对曲面的质量要求高，因此，在进行曲面设计过程中，需经常对曲面的质量（精度、光顺性）进行检查。
在ImageWare软件中，可以使用菜单命令Measure→SurfaceTo→CloudDifference来检查曲面与点云之间的差异，通过菜单命令Evaluate→SurfaceFlow→ContourMappingSettings进行曲面的光顺性检查。
1.2.3、制作连接曲面
基本曲面构造完成后，对相邻的基本曲面必须进行过渡匹配处理，进行连接曲面的制作，基本曲面之间的连接曲面至少应满足相切连续的条件，并且要光顺。
连接曲面的制作通常在UG软件中进行，在ImageWare软件中完成了基本曲面的构造后，可将其导入到UG软件中进行后续的设计，在UG软件中，连接曲面的制作通用的有两种方法：
（1）、倒圆法：
使用菜单命令：
插入→特征操作→面圆角，在需要连接的曲面间进行面圆角处理，通过调整圆角半径值来调整曲面形状的变化，逼近点云数据。
利用此方法创建连接曲面，需要连接的曲面的相交线要光顺，并且相交线的趋势要与模型的形态一致，这是保证连接曲面光顺的必要条件。
（2）、建模法：
在没有明显圆角过渡的曲面间，利用UG软件提供的曲面构建方法（直纹面、扫描面、网格曲面、桥接曲面等），直接创建具有边界约束的连接曲面，实现曲面间光滑的连接，采用这种方法需要对边界线和控制线进行反复的调整，不容易实现。
利用此方法创建连接曲面，要保证连接曲面的边界线要光顺，这是保证连接曲面光顺的必要条件。
制作连接曲面的一般原则为：
先建模、后倒圆，首先确定模型中哪些曲面需用建模法连接，先将其连接起来，最后采用倒圆法将需要连接的曲面连接成一整体。
在用倒圆法连接曲面时，需注意倒圆的先后顺序对模型的形态有影响，在进行倒圆操作前应对模型进行分析，确定倒圆的顺序。
在本例子中，分析导流罩模型，由于M4与M5、M3与M9间没有明显的圆角过渡，需用建模法进行连接，其余曲面可用倒圆法连接，倒圆的顺序为：
M1与M2、M2与M3、M5与M6、M7与M8几个曲面间分别单独倒圆，M3、M9连接后的曲面与M8倒圆连接，最后对M3、M9、M8、M7连接后的曲面和M4、M5、M6连接后的曲面进行倒圆，倒圆后模型将连接为一个整体,形成完整的曲面模型。
1.2.4、模型边界处理
在模型的主要型面构造完成后，需对曲面的细节部分进行处理，包括修整模型的边界及构造与前照灯配合的翻边曲面。
在构造基本曲面过程中，通常制作的曲面都比模型要求的型面要大，因此在完成基本曲面的构造后，需对模型的边界进行修整，修整模型边界的方法为：
首先根据模型的边界制作空间的3D曲线或在各基准面上制作平面的2D曲线再投影到曲面模型上组成模型的边界曲线，然后利用UG软件提供的修剪功能对曲面模型进行裁剪。
导流罩在外观上要求与前照灯配合的翻边曲面在各个视角下观察都应是均匀的，同时，由于该翻边曲面通常为小平面，曲面的制作与调整难度大。
翻边曲面的制作可利用前面提到的常用的曲面构建方法进行构建，在曲面的调整过程中，需经常切换到不同的视角下观察曲面与前照灯的配合情况，保证曲面与前照灯的配合均匀。
完成翻边曲面的制作后，通过倒圆操作将翻边曲面与前面完成的导流罩曲面模型进行倒圆连接，从而完成整个导流罩曲面的设计工作。
1.3、曲面设计要点
导流罩为摩托车影响外观最明显的部件，属A类表面零件，因此，对于外观质量要求较高的A类表面零件，曲面设计阶段制作的曲面需达到A级曲面的要求，总结摩托车外观件曲面设计的要点有：
（1）、首先必须对模型的点云数据进行对齐处理。
未经对齐处理的点云数据也可直接进行基本曲面的构建，但由于点云数据的坐标系与整车的绝对坐标系不一致，这将不利于曲面的构建工作，同时也无法进行后续的结构设计。
因此，在进行基本曲面的构建工作前，必须对点云数据进行对齐处理。
（2）、对模型的点云数据进行合理的分块。
分析模型的点云数据，确定模型的主要型面，即模型由哪些主要的曲面构成，根据模型的曲面构成对点云数据进行分块。
（3）、根据曲面的形状特征，选择合适的曲面构建方法进行基本曲面的构建。
按分块的点云数据分别进行基本曲面的构建，基本曲面的构建是曲面设计的重点和难点，构建的基本曲面的质量将直接影响到模型的外观质量，因此，需对基本曲面进行不断的调整，使其精度及光顺性都能满足设计的要求；
同时，构建的基本曲面应具有可延伸性和可编辑性，以利于后续连接曲面的制作。
（4）、分析模型曲面间的连接关系，基本曲面的连接顺序要合理。
如果曲面的连接顺序不对，可能会出现曲面间无法倒圆的现象，导致曲面连接失败。
因此，在进行曲面连接时，要注意曲面间的连接关系，连接顺序要合理，尽量采取倒圆的方法进行连接。
（5）、注意各相邻零部件之间的配合关系。
通常在摩托车整车外观件之间，曲面的特征线、边界之间具有一定的配合关系，在曲面设计时，要注意调整曲面的特征线，使各零部件之间的特征线连接光顺，配合均匀、合理。
（6）、数据在不同软件间转换的方法。
在进行曲面设计过程中通常需将数据导入到不同的软件中进行处理，因此，需了解数据在不同软件间进行转换的方法：
①、从ATOS系统到ImageWare软件：
模型通过ATOS扫描完成后得到模型的点云数据，在ATOS系统中以ASCII形式输出，输出的文件格式为文本文件（*.txt），此类文件可在ImageWare软件中直接打开，然后选择另存为ImageWare文件（*.imw）。
②、从ImageWare软件到UG软件：
ImageWare软件中的点云数据、曲线曲面特征可通过不同的文件格式转换到UG软件中，常用的有三种：
imw格式（*.imw）、iges格式（*.iges）、stl格式（*.stl），在ImageWare软件中保存（Save）或另存（SaveAs）为不同的格式，然后输入到UG软件中。
三种格式转换到UG软件中的异同点如表1-2所列。
表1-2三种格式转换的异同点
转换格式
异同点
imw格式
点云数据以网格面的形式输入，坐标系为原始的坐标（ATOS扫描的坐标，即点云数据对齐前的坐标）。
iges格式
点云数据以点的形式输入，数据量大，可能出现大量的线条，坐标系为对齐后的坐标。
stl格式
点云数据以网格面的形式输入，坐标系为对齐后的坐标。
③、从UG软件到ImageWare软件（不常用）：
在ImageWare软件中输出为iges格式（*.iges），可在ImageWare软件中直接打开，然后选择另存为（SaveAs）ImageWare文件（*.imw）。
二、导流罩的结构设计
摩托车导流罩的材料一般为工程塑料（ABS或PP），塑料件设计的一般原则有：
1、塑料件设计应考虑塑料制品的成型工艺性,如流动性、结晶速率，对成型温度、压力的敏感性等。
2、塑料件设计应考虑塑料制品在成型后的收缩情况，及各向收缩率的差异。
3、塑料件的形状在保证使用要求的前提下,应有利于充模,排气,补缩,同时能适应高效冷却硬化。
4、塑料件设计应考虑成型模具的总体结构,特别是抽芯与脱出制品的复杂程度,同时应充分考虑到模具零件的形状及制造工艺,以便使制品具有较好的经济性。
导流罩结构设计的内容包括：
壁厚设计、确定脱模方向、确定安装方式、加强筋设计、过渡圆角设计等。
2.1、壁厚设计
确定合适的壁厚是塑料件结构设计的主要内容之一，壁厚的合理设计对一个塑料件来说是至关重要的，合理地设计塑料件的壁厚可使塑料件具有确定的结构和一定的强度、刚度，以满足塑料件的使用要求，使塑料件在成型时具有良好的流动状态以及充模和冷却效果，使塑料件能顺利地从模具中顶出，防止塑料件翘曲变形。
塑料件壁厚设计与零件尺寸大小、几何形状和塑料性质有关，取决于塑料件的使用要求，即强度、结构、尺寸稳定性以及装配等各项要求，确定塑料件壁厚时应考虑以下因素：
（1）、壁厚应尽可能均匀，避免太薄或太厚，过薄的壁厚不能保证塑料件的强度和刚度，受力后容易产生翘曲变形
，成型时塑料熔体流动阻力大
，大型复杂的塑料件就难以充满型腔；
过厚的壁厚要消耗大量材料、增加塑料件成型后的冷却硬化时间，降低生产效率，此外还容易产生气泡、凹陷、夹心和收缩不均匀等现象，从而造成应力集中；
（2）、在满足使用要求的前提下，尽量减小壁厚；
（3）、避免过厚部位产生缩孔和凹陷的现象；
（4）、承受紧固力部位（安装点处）必须保证具有足够的强度；
（5）、注射成型时应能承受顶出机构冲击力的冲击。
根据塑料的成型特性，对于热固性塑料，小型塑料件的壁厚取1.5mm～2.5mm，大型塑料件的壁厚取3.0mm～8.0mm，流动性差的塑料件应取较大值；
对于热塑性塑料因其流动性较好，易于成型薄壁塑料件，最薄可达0.25mm，但一般不宜小于0.6mm～0.9mm，通常取2.0mm～4.0mm。
几种常用的热塑性塑料壁厚常用值如表2-1所列。
表2-1几种热塑性塑料的壁厚常用值
材料
壁厚（mm）
PE
0.9～4.0
PP
0.6～3.5
PA
0.6～3.0
POM
1.5～5.0
PS
1.0～4.0
ABS
1.5～4.5
PMMA
PVC
PC
由表中可以看出，采用ABS成型的塑料件壁厚常用值为1.5mm～4.5mm，一般设计为2.0mm～4.0mm，对于摩托车导流罩一般设计为2.8mm～3.0mm。
在本例子中，由于导流罩整体面积较大，同时，因结构需要前照灯需装在导流罩上，在摩托车行驶过程中，可能产生振动，为保证导流罩具有足够的强度及刚度，设计其壁厚为3.0mm。
在曲面设计完成后，可利用UG软件提供的增厚功能将曲面增厚转化为实体模型，设置厚度为3.0mm。
如直接增厚失败，可利用偏置命令对曲面片进行偏置，设置偏置量为3.0mm，再将曲面片缝合为实体模型。
2.2、确定脱模方向
在进行塑料件的结构设计时，根据塑料注射成型工艺，需确定塑料制品的脱模方向并在脱模方向上设置脱模斜度。
确定塑料件的脱模方向时应考虑以下因素：
（1）、需考虑塑料模具的分型，塑料件的分型面不能影响塑料制品的外观质量；
（2）、需考虑塑料模具的体积，尽可能减小模具的尺寸，节约模具材料；
（3）、需考虑塑料模具的机械加工性，应利于模具的机械加工及后处理工艺；
（4）、需考虑塑料件成型后的顶出及利于塑料制品的取出。
塑料从熔融状态转变为固体状态将产生一定量的尺寸收缩，塑料制品在冷却或固化过程中围绕凸模和型芯因产生收缩而包紧，为了便于塑料制品脱模，使塑料制品顺利地从模具型腔中取出，防止脱模时划伤制品表面，在与脱模方向平行的塑料件表面一般应设计合理的脱模斜度。
脱模斜度的大小取决于塑料的收缩率、塑料件的形状、塑料件的壁厚及部位等，一般在保证顺利脱模的前提下，尽量减小脱模斜度。
在设计脱模斜度时应考虑以下因素：
（1）、塑料制品形状复杂，深度较深，不易脱模的，应选用较大的脱模斜度；
（2）、为了避免或减小脱模力过大而损伤注塑件，对于收缩率较大的塑料制品，应选用较大的脱模斜度；
（3）、塑料制品尺寸精度要求高的，应选用较小的脱模斜度；
（4）、塑料制品内、外表面都应设计脱模斜度，若只有内表面设计脱模斜度，脱模时制品将粘附在凹模表面。
若只有外表面设计脱模斜度，脱模时制品将粘附在凸模表面。
塑料制品上布置平行于脱模方向的加强筋也应设计脱模斜度；
（5）、为了使注塑开模后，塑料件留在动模一侧的型芯上，可以考虑在塑料件的内表面设计较小的脱模斜度；
（6）、脱模斜度的方向：
内孔以小端为准，满足图样尺寸要求，斜度向扩大方向取得；
外形则以大端为准，满足图样要求，斜度向偏小方向取得。
一般情况下脱模斜度可不受塑
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