三角网格模型的等残留高度刀具轨迹规划及拟合

摘要

三角网格模型具备快速灵活、拓扑能力强、数据结构简单等优点，同时在快速原型制造中也有广泛的应用。研究三角网格模型的刀具轨迹可以实现散乱数据点曲线的加工和从CAE到CAM的集成，有利于缩短零件的制造周期。本文主要基于STL三角网格模型的等残留高度轨迹的规划及拟合，来提高曲面的三角网格模型的加工精度和加工效率。为了在三角网格曲面模型上生成等残留刀具轨迹，首先计算三角网格模型的等距偏置模型，再在偏置模型上计算刀位点，最后对刀位点进行拟合生成光滑的刀具轨迹。本论文的具体工作如下：
　　（1）分析STL三角网格模型基于顶点法矢计算等距偏置网格模型的方法。在重构STL三角网格模型拓扑关系的基础上，结合刀具的干涉判断生成高精度无干涉的等距偏置网格模型，并通过半球体网格模型来验证此方法可以获得较高精度的等距偏置模型。
　　（2）研究在等距偏置网格模型上计算等残留高度刀具轨迹的方法。以球头刀为例，首先根据允许的最大残留高度和刀具半径进行偏置得到残留网格面和刀位点网格面，然后在残留网格面上计算残留点并拟合成残留曲线，最后根据残留曲线在刀位点网格面上计算等残留高度刀位点并拟合成刀具轨迹线。通过实例分析和比较等残留轨迹法和截平面法的加工精度和加工效率，结果表明等残留法在保证加工精度的前提下，能够提高加工效率。
　　（3）研究对离散刀位点进行NURBS曲线拟合处理方法。首先对刀位点进行瑕疵点和冗余点的处理，然后进行基于移动最小二乘法的NURBS曲线拟合，得到光滑的刀具轨迹，并通过实例验证拟合曲线的精度能够满足加工精度的要求。
　　（4）通过加工仿真验证本文的等残留高度法能够在等距偏置三角网格模型中生成出无干涉的刀具轨迹。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 自由曲面刀具轨迹规划的研究现状

1.3 基于三角网格曲面模型的偏置研究现状

1.4 三角网格曲面模型刀具轨迹规划存在的问题

1.5 本文研究的内容

第二章 三角形网格模型等距偏置方法研究

2.1 引言

2.2 STL三角网格模型的介绍

2.3 STL三角网格的拓扑关系重建

2.4三角网格模型的偏置方法

2.5 顶点偏置干涉判断

2.6 顶点法矢偏置的精度分析

2.7基于顶点偏置的实例

2.8本章小结

第三章 偏置网格模型等残留高度刀具轨迹规划

3.1 概述

3.2 偏置网格模型边界处理

3.3偏置网格模型等残留高度法原理

3.4 残留曲线的计算

3.5 残留高度计算

3.6等残留高度刀具轨迹的规划

3.7 网格边界的刀具轨迹处理

3.8 刀具轨迹干涉检查与处理

3.9 算例分析

3.10 本章小结

第四章 三角网格模型等残留刀具轨迹的拟合

4.1 概述

4.2刀位点样条曲线拟合

4.3 刀位点的预处理

4.4 NURBS曲线的基本性质

4.5 三次NURBS曲线的拟合

4.6 移动最小二乘法NURBS曲线拟合刀轨的实例

4.7 本章小结

第五章 网格曲面模型的刀具轨迹仿真

5.1 概述

5.2 加工参数的分析

5.3 实例仿真

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间公开发表的论文