曲线光顺算法研究与自动化修边镶块设计系统开发

摘要

汽车覆盖件模具设计时，手工设计修边镶块的劳动强度很大，而且出错率比较高，很多学者对修边模具CAD系统进行研究与开发，但是一般修边曲线都是3维空间曲线，偏置和光顺处理时会出现很多问题：手工处理时效率很低，而且严重依赖技术人员的经验；自动处理时会出现局部曲线畸形或交叉，光顺处理时会造成修边壁厚不均匀，可能无法满足强度要求。因此修边曲线处理问题成为了修边模具设计系统实现自动化的瓶颈。
　　论文结合上海大众汽车公司“自动化修边镶块设计系统”项目，详细分析了修边镶块设计中曲线处理难题，并针对现有的光顺算法的光顺准则无法满足修边工艺要求、后续设计存在壁厚减小等不足，提出了修边曲线的光顺准则。
　　为了解决修边曲线光顺处理过程中手工效率低、自动化方法无法满足修边壁厚等问题，基于修边曲线光顺准则，提出了“滚圆法”光顺曲线算法。算法模拟“滚圆”在曲线某一侧滚动，通过拟合“滚圆”与曲线接触轨迹得到光顺曲线。这种方法不仅实现了自动化处理曲线，解决人工费时出错率高问题，而且保证修边壁厚满足设计要求。
　　针对基于步距的滚动接触检测方法求解速度慢、复杂度高等问题，定义了 R-曲线，很好地将动态运动学问题转化为静态接触问题，将其应用在滚圆算法中不仅大幅降低计算量，而且也提高了算法的稳定性。
　　最后将滚圆算法集成到自动化镶块设计系统中，通过大量实例验证了滚圆算法在修边曲线处理过程中的有效性和稳定性。滚圆算法不仅在修边曲线处理中有重要的作用，还可以作为一种通用的曲线预处理工具来消除曲线自相交、局部畸形等缺陷。

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1 绪论

1.1 课题的来源

1.2 研究背景及意义

1.3 本领域研究现状

1.4 本文的主要研究内容

2 修边镶块中曲线光顺分析

2.1 引言

2.2 修边曲线及镶块结构

2.3 修边镶块中曲线处理

2.4 常见光顺方法

2.5 光顺方法探讨

2.6 本章总结

3 基于滚圆方法的曲线光顺算法

3.1 引言

3.2 滚圆算法思想

3.3 修边曲线光顺准则

3.4 算法实现

3.5 算法应用

3.6 滚圆算法优点

3.7 本章总结

4 滚圆算法在修边镶块设计系统中应用

4.1 引言

4.2 滚圆算法改进

4.3 基于滚圆算法的曲线自动处理模块

4.4 自动化修边镶块设计系统

4.5 应用实例

4.6 本章总结

5 全文总结和展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文