实木家具制造技术及应用

《国家重点培育高职院校建设项目成果系列教材·软体家具制造技术及应用》是国家重点培育高职院校建设项目成果系列教材之一。《国家重点培育高职院校建设项目成果系列教材·软体家具制造技术及应用》是由顺德职业技术学院和金富土集团斯帝罗兰实业发展有限公司、新马木工机械设备有限公司开展“校企合作”共同开发的。全书较为系统地介绍了沙发、床垫等软体家具的材料（属性）、结构及加工工艺；介绍了木材、海绵、皮革布材料相应的加工设备应用知识及安全生产基础知识；介绍了单人沙发出木架模板、海绵模板、皮革模板及制作的全过程；各章节介绍了主要质（商）检知识并提供了考核办法，符合从业技能要求；书中还简要介绍了家具展示知识。《国家重点培育高职院校建设项目成果系列教材·软体家具制造技术及应用》基本上以学习情境划分章节，各章节融理论、实践于一体，构思严谨，图文并茂，可指导生产相应（零）部件、产品，可操作性强；章节间内容编排由局部到整体、由浅人深，逻辑性、可读性强。

增材制造应用领域

以激光束、电子束、等离子或离子束为热源，加热材料使之结合、直接制造零件的方法，称为高能束流快速制造，是增材制造领域的重要分支，在工业领域最为常见。

在航空航天工业的增材制造技术领域，金属、非金属或金属基复合材料的高能束流快速制造是当前发展最快的研究方向。

经过20多年的发展，增材制造经历了从萌芽到产业化、从原型展示到零件直接制造的过程，发展十分迅猛。美国专门从事增材制造技术咨询服务的Wohlers协会在2012年度报告中，对各行业的应用情况进行了分析。在过去的几年中，航空零件制造和医学应用是增长最快的应用领域。2012年产能规模将增长25%至21.4亿美元，2019年将达到60亿美元。增材制造技术正处于发展期，具有旺盛的生命力，还在不断发展；随着技术发展，应用领域也将越来越广泛。

增材制造航空领域应用

高速、高机动性、长续航能力、安全高效低成本运行等苛刻服役条件对飞行器结构设计、材料和制造提出了更高要求。轻量化、整体化、长寿命、高可靠性、结构功能一体化以及低成本运行成为结构设计、材料应用和制造技术共同面临的严峻挑战，这取决于结构设计、结构材料和现代制造技术的进步与创新。

首先，增材制造技术能够满足航空武器装备研制的低成本、短周期需求。随着技术的进步，为了减轻机体重量，提高机体寿命，降低制造成本，飞机结构中大型整体金属构件的使用越来越多。大型整体钛合金结构制造技术已经成为现代飞机制造工艺先进性的重要标志之一。美国F-22后机身加强框、F-14和“狂风”的中央翼盒均采用了整体钛合金结构。大型金属结构传统制造方法是锻造再机械加工，但能用于制造大型或超大型金属锻坯的装备较为稀缺，高昂的模具费用和较长的制造周期仍难满足新型号的快速低成本研制的需求；另外，一些大型结构还具有复杂的形状或特殊规格，用锻造方法难以制造。而增量制造技术对零件结构尺寸不敏感，可以制造超大、超厚、复杂型腔等特殊结构。除了大型结构，还有一些具有极其复杂外形的中小型零件，如带有空间曲面及密集复杂孔道结构等，用其他方法很难制造，而用高能束流选区制造技术可以实现零件的净成形，仅需抛光即可装机使用。传统制造行业中，单件、小批量的超规格产品往往成为制约整机生产的瓶颈，通过增量制造技术能够实现以相对较低的成本提供这类产品。

据统计，我国大型航空钛合金零件的材料利用率非常低，平均不超过10 %；同时，模锻、铸造还需要大量的工装模具，由此带来研制成本的上升。通过高能束流增量制造技术，可以节省材料三分之二以上，数控加工时间减少一半以上，同时无须模具，从而能够将研制成本尤其是首件、小批量的研制成本大大降低，节省国家宝贵的科研经费。

通过大量使用基于金属粉末和丝材的高能束流增材制造技术生产飞机零件，从而实现结构的整体化，降低成本和周期，达到“快速反应，无模敏捷制造”的目的。随着我国综合国力的提升和科学技术的进步，我国经济体已经处于世界经济体前列，与发达国家的一样，保证研制速度、加快装备更新速度，急需要这种新型无模敏捷制造技术——金属结构快速成形直接制造技术。

其次，增材制造技术有助于促进设计-生产过程从平面思维向立体思维的转变。传统制造思维是先从使用目的形成三维构想，转化成二维图纸，再制造成三维实体。在空间维度转换过程中，差错、干涉、非最优化等现象一直存在，而对于极度复杂的三维空间结构，无论是三维构想还是二维图纸化已十分困难。计算机辅助设计（CAD）为三维构想提供了重要工具，但虚拟数字三维构型仍然不能完全推演出实际结构的装配特性、物理特征、运动特征等诸多属性。采用增量制造技术，实现三维设计、三维检验与优化，甚至三维直接制造，可以摆脱二维制造思想的束缚，直接面向零件的三维属性进行设计与生产，大大简化设计流程，从而促进产品的技术更新与性能优化。在飞机结构设计时，设计者既要考虑结构与功能，还要考虑制造工艺，增材制造的最终目标是解放零件制造对设计者的思想束缚，使飞机结构设计师将精力集中在如何更好实现功能的优化，而非零件的制造上。在以往的大量实践中，利用增量制造技术，快速准确地制造并验证设计思想在飞机关键零部件的研制过程中已经发挥了重要的作用。另一个重要的应用是原型制造，即构建模型，用于设计评估，例如风洞模型，通过增材制造迅速生产出模型，可以大大加快“设计-验证”迭代循环。

再次，增材制造技术能够改造现有的技术形态，促进制造技术提升。利用增量制造技术提升现有制造技术水平的典型的应用是铸造行业。利用快速原型技术制造蜡模可以将生产效率提高数十倍，而产品质量和一致性也得到大大提升；利用快速制模技术可以三维打印出用于金属制造的砂型，大大提高了生产效率和质量。在铸造行业采用增量制造快速制模已渐成趋势。

《逆向工程及智能制造技术》是化学工业出版社出版图书。

逆向工程及智能制造技术

• 出版社： 化学工业出版社

• ISBN：9787122359520

• 版次：1

• 商品编码：12660599

• 品牌：化学工业出版社

• 包装：平装

• 开本：16开

• 出版时间：2020-05-01

• 用纸：胶版纸

• 页数：209

• 正文语种：中文

内容简介

本书围绕逆向工程及智能制造技术,重点介绍以数据点云语义特征理解和几何特征生成为手段还原产品设计意图,基于变量化设计的逆向工程CAD 建模关键技术及其在智能制造领域的应用。首先综述了逆向工程的概念、CAD建模方法、建模技术及在智能制造中的应用;其次阐述了逆向工程的工作流程、软硬件平台;再次介绍了基于变量化设计的逆向工程CAD建模框架及关键技术:数据点云测量及预处理、基于多尺度分析的截面特征提取、曲面特征提取、约束驱动的特征模型优化重建;最后给出了逆向工程在创新设计、数控加工、3D打印及再制造等智能制造领域的应用。

本书可供从事计算机辅助几何设计、计算机视觉、机器视觉、数字化设计与制造等领域研究的科研人员以及从事计算机集成制造行业的企业界科技工作者阅读,也可作为高等院校机械工程、自动化及计算机应用等专业高年级本科生和研究生的参考用书。

目录

第1 章绪　论1

1.1　逆向工程技术　/ 2

1.1.1　逆向工程的概念　/ 2

1.1.2　CAD 建模方法　/ 4

1.1.3　逆向工程CAD 建模方法　/ 5

1.1.4　逆向工程CAD 建模技术　/ 9

1.2　逆向工程在智能制造中的应用　/ 15

1.2.1　智能制造　/ 15

1.2.2　逆向工程技术在智能制造中的应用　/ 16

第2 章逆向工程的技术基础19

2.1　逆向工程技术的工作流程　/ 20

2.2　逆向工程的硬件平台　/ 22

2.2.1　数据采集设备　/ 22

2.2.2　加工制造设备　/ 26

2.3　逆向工程的软件平台　/ 27

2.3.1　数据采集与分析软件　/ 27

2.3.2　专用的逆向造型软件　/ 29

2.3.3　CAD 建模软件　/ 31

2.3.4　逆向工程在智能制造中的应用软件　/ 34

第3 章基于变量化设计的逆向工程CAD 建模39

3.1　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模理论方法　/ 40

3.1.1　变量化设计造型方法　/ 40

3.1.2　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模的提出　/ 41

3.1.3　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模的优势　/ 42

3.2　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模系统框架　/ 43

3.2.1　逆向工程CAD 建模的特征分析　/ 43

3.2.2　逆向工程CAD 建模的约束分析　/ 44

3.2.3　系统框架　/ 46

3.3　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模关键技术　/ 48

3.3.1　数据点云预处理　/ 48

3.3.2　特征提取和特征间约束识别　/ 49

3.3.3　特征拟合　/ 51

3.3.4　基于图论的约束分解　/ 52

3.3.5　优化数值求解　/ 53

第4 章数据测量及预处理55

4.1　数据测量　/ 56

4.1.1　数据点云的分层　/ 58

4.1.2　数据点云的分析　/ 59

4.2　脉冲噪声自适应检测和滤除　/ 60

4.2.1　基于全局统计特性分析的粗检测　/ 61

4.2.2　自适应弦偏差脉冲噪声检测　/ 62

4.2.3　脉冲噪声的自适应滤除　/ 63

4.2.4　实例分析　/ 64

4.3　基于3D 邻域随机噪声滤波　/ 66

4.3.1　激光扫描数据点云的相关性分析　/ 66

4.3.2　激光扫描数据3D 邻域　/ 69

4.3.3　模糊加权均值滤波　/ 70

4.3.4　基于3D 邻域随机噪声滤波的算法步骤　/ 71

4.3.5　实例分析　/ 71

4.4　基于数据增强的多视点云匹配　/ 77

4.4.1　基于分层连通区域的点云数据增强　/ 77

4.4.2　基于同态滤波的点云数据增强　/ 82

4.4.3　增强点云数据的SIFT 特征匹配　/ 85

4.5　基于局部统计特性的数据精简　/ 92

4.5.1　激光扫描数据点云的区域类型确定　/ 92

4.5.2　激光扫描数据的精简　/ 93

4.5.3　实例分析　/ 95

第5 章基于多尺度分析的截面特征提取97

5.1　多尺度分析的提出　/ 98

5.2　基于多尺度分析的截面特征分割　/ 101

5.2.1　曲率尺度空间理论　/ 101

5.2.2　尺度因子的确定　/ 102

5.2.3　多尺度特征点融合　/ 103

5.2.4　基于曲率尺度空间的截面特征分割　/ 105

5.2.5　实例分析　/ 105

5.3　基于多尺度分析的区域分割法　/ 108

5.3.1　种子区域选择　/ 108

5.3.2　种子区域增长方式和标准　/ 108

5.3.3　基于多尺度分析的种子增长算法　/ 109

5.3.4　实例分析　/ 110

5.4　截面曲线特征类型识别　/ 110

5.4.1　特征支撑区域　/ 111

5.4.2　基于面积的投影高度函数　/ 111

5.4.3　基于投影高度函数的曲线特征识别　/ 112

5.4.4　圆锥曲线特征识别　/ 113

5.5　截面曲线特征拟合　/ 115

5.5.1　直线和圆弧拟合　/ 115

5.5.2　圆锥曲线拟合　/ 117

5.5.3　自由曲线拟合　/ 119

第6 章曲面特征提取121

6.1　基于截面轮廓的曲面特征分割方法　/ 122

6.2　基于截面特征相似性度量的曲面特征分割　/ 123

6.2.1　形状描述　/ 124

6.2.2　相似性度量函数　/ 125

6.2.3　基于截面特征的相似性度量准则　/ 126

6.2.4　实例　/ 128

6.3　基于Curvelet 变换的曲面特征提取　/ 129

6.3.1　第二代离散Curvelet 变换理论　/ 129

6.3.2　基于Curvelet 变换的数据点云分析　/ 131

6.3.3　数据点云边缘增强　/ 132

6.3.4　曲面特征提取　/ 132

6.4　曲面特征识别　/ 133

6.4.1　规则曲面特征识别　/ 134

6.4.2　自由曲面造型特征识别　/ 136

6.4.3　过渡曲面特征识别　/ 137

6.4.4　自由曲面特征识别　/ 138

6.5　曲面特征拟合　/ 139

6.5.1　规则曲面特征拟合　/ 139

6.5.2　自由曲面造型特征拟合　/ 143

6.5.3　自由曲面拟合　/ 144

6.5.4　过渡曲面拟合　/ 145

第7 章基于约束驱动的特征模型优化重建147

7.1　基于图的几何约束分解　/ 148

7.1.1　有向约束图表示　/ 149

7.1.2　几何约束图的DSM 矩阵　/ 150

7.1.3　基于DSM 的耦合约束消除　/ 150

7.1.4　基于多尺度特征的几何约束凝聚算法　/ 152

7.1.5　实例分析　/ 154

7.2　特征模型优化的数值求解　/ 157

7.2.1　约束的数学表示　/ 157

7.2.2　数学模型的建立　/ 159

7.2.3　特征模型优化数值求解　/ 160

7.2.4　实例分析　/ 163

7.3　CAD 模型重建　/ 164

7.3.1　CAD 模型重建的基本步骤　/ 165

7.3.2　实例分析　/ 165

第8 章面向智能制造的逆向工程应用169

8.1　逆向工程在创新设计中的应用　/ 170

8.1.1　基于形态特征的逆向创新设计　/ 170

8.1.2　应用实例　/ 171

8.2　逆向工程在数控加工中的应用　/ 174

8.2.1　复杂自由曲面模型逆向设计及数控加工　/ 174

8.2.2　机器人腕关节模型重构及数控加工　/ 178

8.3　逆向工程在3D 打印中的应用　/ 183

8.3.1　FDM 式3D 打印机　/ 183

8.3.2　复杂曲面优化设计及3D 打印　/ 184

8.3.3　曳引机壳拓扑结构优化设计及3D 打印　/ 189

8.4　逆向工程在再制造中的应用　/ 195

8.4.1　逆向工程辅助废旧零部件再制造　/ 196

8.4.2　应用实例　/ 197

参考文献200