機械畢業(yè)設計開題報告

　　機械類專業(yè)是工科中的一個大的學科，是理科生選報的熱門專業(yè)之一，與電氣自動化并列為最強工科。也是以后的熱門專業(yè)。機械類專業(yè)需要很好的理科知識外，還需要比較強的繪畫能力�？傮w來講社會對機械類技術人員的需求量還是很大的，就業(yè)率也一直是最高的。下面是YJBYS小編總結的機械畢業(yè)設計開題報告，希望對你有用!

　　機械畢業(yè)設計開題報告一

　　題目：逆向工程在鼠標設計與制造中的應用

　　一、本課題研究的背景及意義

　　1、背景(課題涉及到的技術國內外研究現(xiàn)狀)

　　逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據已存在的產品或零件原型構造產品或零件的工程設計模型，并在此基礎上對已有的產品進行剖析、理解和改進，是對已有設計的再設計。

　　從廣義講，逆向工程可分以下三類:

　　(1)實物逆向：它是在已有產品實物的條件下，通過測繪和分折，從而再創(chuàng)造;其中包括功能逆向、性能逆向、方案、結構、材質等多方面的逆向。實物逆向的對象可以是整機、零部件和組件。

　　(2)軟件逆向：產品樣本、技術文件、設計書、使用說明書、圖紙、有關規(guī)范和標準、管理規(guī)范和質量保證手冊等均稱為技術軟件。軟件逆向有三類:既有實物，又有全套技術軟件;只有實物而無技術軟件;沒有實物，僅有全套或部分技術軟件。

　　(3)影像逆向：設計者既無產品實物，也無技術軟件，僅有產品的圖片、廣告介紹或參觀后的印象等，設計者要通過這些影像資料去構思、設計產品，該種逆向稱為影像逆向。

　　目前，國內外有關逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向，即重建產品實物的CAD，稱為“實物逆向工程”。

　　逆向工程的數據測量技術是通過特定的測量設備和測量方法獲取產品表面離散點的幾何坐標數據，將產品的幾何形狀數字化。

　　現(xiàn)有的數據采集方法主要分為兩大類:

　　(1)接觸式數據采集方法接觸式數據采集方法包括使用基于力的擊發(fā)原理的觸發(fā)式數據采集和連續(xù)式掃描數據采集、磁場法、超聲波法。

　　(2)非接觸式數據采集方法非接觸式數據采集方法主要運用光學原理進行數據的采集，主要包括:激光三角形法、激光測距法、結構光法以及圖像分析法等。

　　逆向工程的數據處理技術是逆向工程的一項重要的技術環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)CAD模型重建過程能否方便、準確地進行。根據測量點的數量，測量數據可以分為一般數據點和海量數據點;根據測量數據的規(guī)整性，測量數據又可以分為散亂數據點和規(guī)矩數據點;不同的測量系統(tǒng)所得到的測量數據的格式是不一致的，且?guī)缀跛�有的測量方式和測量系統(tǒng)都不可避免地存在誤差。因此，在利用測量數據進行CAD重建前必須對測量數據進行處理。數據處理工作主要包括:數據格式的轉化、多視點云的拼合、點云過濾、數據精簡和點云分塊等。

　　逆向模型重建技術在整個逆向工程中，產品的三位幾何模型CAD重建是最關鍵、最復雜的環(huán)節(jié)。

　　目前使用的造型方法主要有：

　　(1)曲線擬合造型:用一個多項式的函數通過插值去逼近原始的數據，最終得到足夠光滑的曲面。

　　(2)曲面片直接擬合造型該方法直接對測量數據點進行曲面片擬合，獲得曲面片經過過渡、混合、連接形成最終的曲面模型。

　　(3)點數據網格化網絡化實體模型通常是將數據點連接成三角面片，形成多面體實體模型。

　　2、意義

　　隨著計算機技術的發(fā)展，CAD技術已成為產品設計人員進行研究開發(fā)的重要工具，其中的三維造型技術已被制造業(yè)廣泛應用于產品及模具設計、方案評審、自動化加工制造及管理維護各個方面。在實際開發(fā)制造過程中，設計人員接收的技術資料可能是各種數據類型的三維模型，但很多時候，卻是從上游廠家得到產品的實物模型。設計人員需要通過一定的途徑，將這些實物信息轉化為CAD模型，這就應用到了逆向工程技術(Reverse Engineering)。

　　逆向工程技術與傳統(tǒng)的正向設計存在很大差別。而逆向工程則是從產品原型出發(fā)，進而獲取產品的三維數字模型，使得能夠進一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先進技術對其進行處理。不同之處在于設計的起點不同，相應的設計自由度和設計要求也不相同。一般來說，產品逆向工程包括形狀反求、工藝反求和材料反求等幾個方面，在工業(yè)領域的實際應用中，主要包括以下幾個內容：

　　(1)新零件的設計，主要用于產品的改型或彷型設計。

　　(2)已有零件的復制，再現(xiàn)原產品的設計意圖。

　　(3)損壞或磨損零件的還原。

　　(4)數字化模型的檢測，例如檢驗產品的變形分析、焊接質量等，以及進行模型的比較。

　　逆向工程技術為快速設計和制造提供了很好的技術支持，它已經成為制造業(yè)信息傳遞的重要而簡潔途徑之一。

　　二、本課題的文獻綜述

　　1、逆向工程

　　1980年始歐美國家許多學校及工業(yè)界開始注意逆向工程這塊領域。1990年初期包括臺灣在內，各國學術界團隊大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果。 逆向工程的硬件最早是運用仿制加工設備，制作出來的成品品質粗糙。后來有接觸式掃瞄設備，運用探針接觸工件取得產品外型。再來進一步開發(fā)非接觸式設備，運用照相或激光技術，計算光線反射回來的時間取得距離。

　　逆向工程軟件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向軟件的演進約略可區(qū)分為三個階段。十一年前在逆向工程上，只能運用CATIA等CAD/CAM高階曲面系統(tǒng)。市場后來發(fā)展出兩套主流產品約在七、八年前技術成熟，廣為業(yè)界引用。到最近四年來，發(fā)展出不同以往的逆向工程數學邏輯運算，速度快。

　　目前，逆向工程，逆向工程的應用已從單純的技巧性手工操作，發(fā)展到采用先進的計算機及測量設備，進行設計、分析、制造等活動，如獲取修模后的模具形狀、分析實物模型、基于現(xiàn)有產品的創(chuàng)新設計、快速仿形制造等。軟件的逆向工程是分析程序，力圖在比源代碼更高抽象層次上建立程序的表示過程，逆向工程是設計的恢復過程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數據結構、體系結構和程序設計信息。

　　2、三維造型：

　　三維造型: CAD的三維造型有三種層次的建立方法，即線框、曲面和實體，也就是分別對應于用一維的線，二維的面和三維的體來構造形體。 通過計算機輔助設計建立的立體的、有光的、有色的生動畫面，虛擬逼真地表達大腦中的產品設計效果，比傳統(tǒng)的二維設計更符合人的思維習慣與視覺習慣。三維造型技術從最初的三維CAD已發(fā)展到目前專用的基于特征造型的三維軟件，常用軟件有UG、SolidWorks、SolidEdge、MDT、Pro/E、3DS max等。

　　3、快速成型：

　　快速成型(RP)技術是九十年代發(fā)展起來的一項先進制造技術，是為制造業(yè)企業(yè)新產品開發(fā)服務的一項關鍵共性技術, 對促進企業(yè)產品創(chuàng)新、縮短新產品開發(fā)周期、提高產品競爭力有積極的`推動作用。自該技術問世以來，已經在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛應用，并由此產生一個新興的技術領域。

　　RP技術是在現(xiàn)代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上集成發(fā)展起來的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是"分層制造，逐層疊加"， 類似于數學上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺"立體打印機"。

　　參考文獻：

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　　三、課題研究的方法及內容

　　本課題是逆向工程在鼠標設計與制造中的應用，本設計選用UG軟件根據鼠標的點云數據進行鼠標的模型重建并用FDM對其進行快速成型加工的過程，在根據點云逆向設計中，結合設計需要進行了必要的正向設計修正，以得到理想的設計結果。

　　設計內容貫徹數據采集、數據項預處理、文件讀取、邊界提取、曲面重構、實體生成、STL模型重構、快速成型機的操作和注意事項，并對建模過程及STL文件處理做了系統(tǒng)的論述。選用UG NX4.0軟件的Unigraphics CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一個基于過程的產品設計環(huán)境，使產品開發(fā)從設計到加工真正實現(xiàn)了數據的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產品設計與制造。由INSIGHT軟件進行的數據切片處理可直接傳送快速成型機，無需進行其他處理。

　　四、研究方案的具體設計

　　1、實體三維數據的獲得——掃描;

　　2、點云處理;

　　3、曲面重構;

　　4、實體建模：

　　(1)模型分析

　　(2)曲面造型

　　(3)實體外形修改

　　(4)各部件建模

　　(5)部件的裝配與干涉檢驗

　　5、基于INSIGHT快速成型切片的數據處理;

　　6、快速成型加工操作。

　　五、畢業(yè)設計(論文)進度計劃

　　1-2周 　 調研、查閱文獻，完成開題報告

　　3-7周 進行鼠標模型點數據的采集和模型的初步構建

　　8周 　 中期檢查與整改

　　9-13周 　 在初步構建的鼠標模型的基礎上進行修改并完成快速成型加工，撰寫畢業(yè)設計論文

　　14-15周 打印、裝訂、評閱、答辯資格審查

　　16周 畢業(yè)答辯

　　機械畢業(yè)設計開題報告二

　　1、課題的目的和意義

　　1課題的目的和意義

　　核桃又名胡桃、羌桃、合桃等，享有“長壽果”之美譽，是理想的滋補食品。所含的脂肪蛋白質量多質優(yōu)，還含有糖分、多種維生素、鈣、磷、鎂、鉀、錳、路等礦物質，以及躁質、纖維素、戊聚糖等。據分析：500克核桃肉的營養(yǎng)價值，相當于雞蛋2500克，牛奶4750克或豬肉1500克，可見，核桃的營養(yǎng)值價是相當可觀的。

　　隨著核桃產量的逐年增加，如何對核桃進行深加工，以提高它的附加值等問題就突現(xiàn)出來。核桃脫殼取仁是核桃深加工的第一步，必須首先解決。核桃剝殼技術的水平，直接影響到核桃的脫殼質量，進而影響到核桃的進一步加工。

　　由于核桃形狀不規(guī)則、尺寸差異較大、殼仁之間間隙小，殼完全破裂所要求的變形量大。目前國內使用的機械破殼裝備由于施力方式不合理，果仁的破碎率較大，脫殼率、整仁率及設備性價等方面滿足不了要求。核桃與其他堅果在結構上存在著很大的區(qū)別.而且目前國內外對核桃機械特性與破殼機理的研究相對較少(丁正耀等，2010)。用一般的機械擠壓方法破殼必將造成大量的碎仁，對于固定擠壓間隙的破殼裝置來說，擠壓間隙是固定的，不同尺寸的核桃都在同一開度內破殼，會出現(xiàn)小尺寸核桃難以破殼而大尺寸核桃仁的破碎率高的現(xiàn)象。因此為了很好的破殼而又保證仁不破碎，就需要：① 擠壓間隙與核桃尺寸相適應，有必要在破殼前對核桃進行分級;②合理施力使核桃產生裂紋且變形量小，這是提高核桃破殼機破殼質量的關鍵因素之一， 因此有必要對核桃的施力方式及結果進行有限元受力分析;③裂紋的擴展是核桃完全破殼的基本條件，按核桃正確姿態(tài)喂人進行破殼是裂紋擴展的條件，有必要進行破殼前的導向(史建新等，2005)。

　　2、國內外發(fā)展現(xiàn)狀

　　2.1核桃剝殼技術

　　核桃的一次剝殼率和高露仁率是衡量剝殼取仁機性能的兩個重要指標.而影響這兩個性能的關鍵是剝殼方式(吳斌芳等1996)。對于核桃剝殼技術，剝殼機可以代表技術的發(fā)展。一般來說核桃破殼取仁有這樣幾種方法：1、離心碰撞式破殼法2、化學腐蝕法真空破殼取仁法3、超聲波破殼法4、定間隙擠壓破殼法。第一種方法，碎仁太多，所以應用很少;第二種方法，由于在實際操作中不好控制，仁易受到腐蝕，處理不好還會造成對環(huán)境的污染，因此人們不接受;第三，四種方法設備昂貴，破殼成本高，且破殼效果不夠理想;第五種方法是一個值得探索的方向(史建新等2001年)。

　　2 .1.1核桃分級裝置

　　核桃分級裝置是定間隙擠壓破殼機的必要裝置，對于具有固定間隙的核桃破殼機來說，物料尺寸必須與固定間隙的大小相適應，尺寸大了仁會被擠碎，尺寸小了殼破不開，常見的核桃分級裝置有以下幾種：

　　(1)錐輥式分級裝置

　　(2)圓孔篩分級裝置

　　(3)平面振動篩分級裝置

　　2.1.2核桃剝殼裝置

　　目前,核桃破殼機的種類較少,大多采用定間隙多點擠壓破殼。這種破殼方式存在一些不足,高路仁比率與破殼率不能兼顧,所以綜合破殼效果不理想(董遠德等，2007)。核桃破殼裝置是核桃破殼取仁機的核心裝置常見的破殼裝置有以下幾種：

　　(1)對輥窩眼式開口裝置

　　(2)雙齒盤齒板式破殼裝置

　　(3)變形恒定破殼裝置

　　(4)內外磨核桃破殼裝置

　　(5)圓盤破殼裝置

　　(6)弧板滾筒破殼裝置

　　(7)核桃鋸口破殼裝置

　　(8)沖壓式破殼裝置

　　(9)核桃破殼挖核裝置

　　2.1.3殼仁分離裝置

　　殼仁分離問題是核桃破殼取仁的難題之一。目前國內尚未見到好的分離方法和分離設備的報道，而國外雖然很好地解決了殼仁分離的問題，但設備成本高，工藝復雜，對于加工能力有限的工廠和個人來說，是很難接受的。以下對現(xiàn)有設備和方法進行簡單介紹。

　　2.1.3.1機械法分離殼和仁

　　目前利用機械法分離殼和仁的裝置主要有以下三種：

　　(1) 絨輥分離殼仁

　　(2) 帶式分離殼仁

　　(3) 輪齒撥殼分離殼仁

　　2.1.3.2磁選法分離殼和仁

　　(1)絨輥分離殼仁

　　(2)帶式分離殼仁

　　(3)輪齒撥殼分離殼仁

　　2.1.3.3磁選法分離殼和仁

　　由上述可以看出：核桃剝殼技術隨著需求的變化越來越多樣化，剝殼技術也越來越多樣化。但由于核桃的品種多樣化及核桃外形的不規(guī)則，導致核桃的剝殼效率仍不能滿足人們的需求。

　　2.2有限元分析

　　2.2.1有限元機理

　　有限元法也叫有限單元法(finite element method, FEM)，是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種彈性力學問題的數值求解方法。有限單元法(FEM)作為一種實用性很強的數值模擬方法，在許多工程分析中得到廣泛應用，如固體力學中的位移場和應力場分析、電磁學中的電磁場分析、振動特性分析、傳熱學中的溫度場分析、流體力學中的流場分析等。這些問題的共同點是它們都可以歸結為在給定邊界條件下求解其控制方程(常微分方程或偏微分方程)的問題。有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式相互聯(lián)結在一起的單元(Element )的組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結方式進行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復雜的求解域。

　　在實踐中，有限元分析法通常由三個主要步驟組成(David Roylance 2001)：

　　1、預處理：用戶需建立物體待分析部分的模型，在此模型中，該部分的幾何形狀被分割成若干個離散的子區(qū)域——或稱為“單元”。各單元在一些稱為“結點”的離散點上相互連接。這些結點中有的有固定的位移，而其余的有給定的載荷。準備這樣的模型可能極其耗費時間，所以商用程序之間的相互競爭就在于：如何用最友好的圖形化界面的“預處理模塊”，來幫助用戶完成這項繁瑣乏味的工作。有些預處理模塊作為計算機化的畫圖和設計過程的組成部分，可在先前存在的CAD文件中覆蓋網格，因而可以方便地完成有限元分析。

　　2、分析：把預處理模塊準備好的數據輸入到有限元程序中，從而構成并求解用線性或非線性代數方程表示的系統(tǒng)

　　式中，u 和 f 分別為各結點的位移和作用的外力。矩陣 K 的形式取決于求解問題的類型，本模塊將概述桁架與線彈性體應力分析的方法。商用程序可能帶有非常大的單元庫，不同類型的`單元適用于范圍廣泛的各類問題。有限元法的主要優(yōu)點之一就是：許多不同類型的問題都可用相同的程序來處理，區(qū)別僅在于從單元庫中指定適合于不同問題的單元類型。

　　3、后處理：在有限元分析的早期，用戶需仔細地研讀程序運算后產生的大量數字，即列出的模型內各離散位置處的位移和應力。這種方法容易漏掉重要的趨向與熱點，而最新的程序則利用圖形顯示來幫助用戶直接觀察運算結果。典型的后處理模塊能顯示遍布于模型上的彩色等應力線圖，以表示不同的應力水平，顯示的整個應力場的圖像類似于光彈性法或云紋法的實驗結果。

　　2.2.2 有限元的應用

　　目前，有限元方法在堅果力學分析領域中應用廣泛，為堅果破殼設備的研制提供有效的理論依據。吳斌芳等(1996)應用薄殼理論和斷裂理論對綿核桃進行力學分析，并通過試臉驗證，得到了綿核桃機械剝殼取仁的重要參數。吳子岳(1995)將核桃殼簡化成各項同鄉(xiāng)性的均勻厚度的薄球殼，利用薄球殼理論進行應力和形變分析，得出兩對法向集中力有利于核桃殼完全均勻破裂的結理論。王靈軍等利用有限元方法分析了銀杏在各種施力狀態(tài)下的應力分布進行分析，找出了最佳的施力方向和施力方式，對脫殼設備的研制提供了理論的依據。攣玉振等(1994)通過對松籽殼體工程特性參數的測試和靜力有限元計算拿得出有限元計算結果與試驗測試結果數據相比誤差約為16%。

　　(H.Chen，J.De Baerdemaeker)利用有限元法檢測水果的堅度。把蘋果和菠蘿建立成為65節(jié)點48單元的模型，進而分析水果的堅度。把實驗數據繪制成為以楊氏模量為縱坐標，水果堅度為橫坐標的曲線圖，并且與實驗數據進行比較得出結論。謝麗娟等(2006)建立了蓮子受靜態(tài)正壓力的有限元分析模型，設定了短軸方向加載集中力、加載均布的線載荷、加載一定區(qū)域內的面載荷3種受力工況，對蓮子在該3種工況下的應力、應變情況進行分析計算。分析結果表明，最佳脫殼的施力方式是在蓮子短軸方向加載沿長軸均布的線載荷，這時蓮子的應力、應變分布有一定方向性，有利于裂紋擴展，使蓮子有效脫殼，從而為脫殼設備的研制提供了參考依據。

　　針對山核桃果殼完全破裂所需的變形量大于殼仁間隙，用一般的機械擠壓方法破殼會造成大量碎仁等問題。利用Pro/E軟件建立了山核桃的幾何模型。采用有限元分析方法構建了山核桃破殼受力模型，并對山核桃進行了受力機械剝殼取仁的重模擬與分析。根據不同受力方向和不同栽荷下山核桃的應力應變分布情況，確定山核桃殼變形量不大且產生局部裂紋點多、裂紋點易擴展的最佳施力方式，為山核桃破殼取仁設備的研制提供依據(丁正耀等2010年)。

　　曹玉華等(2010)應用有限元分析方法對蓖麻蒴果在壓載作用下頂部和中部的應力分布進行分析，建立了蓖麻蒴果幾何模型和有限元模型.研究結果表明：蓖麻蒴果果殼破裂的主要原因是由最大拉應力引起果殼破裂。頂部壓載荷作用時，最大拉應力的位置在蒴果果柄頂部中縫處,拉應力引起中果皮內面產生裂紋;而中部壓載荷作用時，最大拉應力的位置出現(xiàn)在蒴果中果皮中縫的兩端，拉應力也引起中果皮四周角靠近直線處的內面產生裂紋。

　　由以上研究可以得出這樣的結論：即使是很復雜的應力問題的數值解，現(xiàn)在用有限元分析的常規(guī)方法就能得到。相比較普通的處理方法，有限元法有著更加優(yōu)越的效果。采用有限元方法建立模型，對研究對象進行應力的虛擬研究是可行的。并且能夠通過對模型的研究得出相應的研究數據，從而為研究提供合理的數據來供參考。

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