基于散乱点的数控加工刀位规划

摘要

基于散乱点的数控加工是一种以物体表面上不附加任何几何和拓扑信息(包括测量点的法矢、曲面边界信息)的散乱点集为研究对象的方法。传统加工中要经过曲面拟合、等距、裁剪或三角网格剖分建立其曲面模型，进而才能在曲面模型上生成数控加工刀位。这种方法相当繁琐费时，而且精度难以保证。为了提高该领域数控加工的精度和效率，越来越多的研究人员致力于研究如何利用测量得到的散乱点直接生成数控加工刀位。 本论文以基于散乱点三轴数控加工刀位直接生成为核心内容，结合数控加工过程中的外延内容，如边界提取技术、最佳加工方向的选取等，对基于散乱点三轴数控加工的刀位规划、刀位计算方法进行了较为全面的研究。 论文首先针对单值曲面内的完全散乱的、无组织的“点云”数据，采用网格化的方法，先将“点云”投影并划分网格，进而定义出边界网孔，通过计算边界网孔内任意一点与其周边点间连线的夹角，以最大夹角小于某一给定阀值作为判断该点是否为边界点的条件，提取出散乱数据点的初始边界曲线；然后又通过B样条曲线拟合技术对初始边界曲线进行了光顺，并求出光顺后边界线的切矢及法线方向，进而构造出边界曲线的等距线。 接着以抬刀次数最少为优化目标，通过引入计算几何中单调链的概念，确定了最佳的行切加工方向和最少单调链数；给出了在平面区域内行切法加工的Z字形刀位连接方法，针对圆环刀、球头刀和平头刀，提出了不发生干涉的曲面三轴数控加工刀位计算方法，并通过清根加工对刀位轨迹进行优化，实现了针对散乱点测量数据直接生成数控加工刀位。之后对基于散乱点模具型腔的数控加工的原理和方法作了初步探讨。论文以自行车椅座、人脸曲面模型等为例，对其进行了边界提取、曲线拟合、优化切削方向计算、加工刀位的生成与连接，并利用UG/NX等软件的仿真功能，对刀具路径的正确性进行了实时动态仿真，验证了论文中提出的方法。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1论文背景

1.2文献综述

1.2.1基于散乱点的曲面造型技术

1.2.2曲面数控加工刀具轨迹生成技术

1.2.3由散乱点直接生成刀位轨迹技术

1.2.4边界处理技术研究现状

1.2.5刀位干涉研究现状

1.2.6数控仿真技术研究现状

1.3论文的主要研究工作

2三轴数控加工的基础知识

2.1数据的处理

2.2刀具的选择

2.2.1刀具选择原则

2.2.2刀具选择类型

2.3走刀方式和切削方向的选择

2.3.1单曲面加工方式

2.3.2多曲面加工方式

2.3.3型腔加工方式

2.4切削参数的选择

2.5本章小结

3散乱点的边界提取、光顺及等距线的构造

3.1引言

3.2建立Z-map模型

3.2.1构建C-structure

3.2.2构建R-structure

3.2.3 Z-map提取

3.3边界线的提取

3.3.1边界网格的确定

3.3.2边界点的提取、连接

3.4初始边界线的光顺及等距线的构造

3.4.1 B样条曲线数据逼近算法

3.4.2 B样条曲线控制顶点的反算

3.4.3边界曲线等距线的构造

3.5本章小结

4基于散乱点的数控加工刀位直接生成

4.1引言

4.2与刀具轨迹有关的基本概念及其生成方法

4.2.1基本概念

4.2.2生成方法

4.3刀具路径规划

4.3.1优化切削方向

4.3.2刀位计算与连接

4.4由散乱点直接生成刀位

4.5清根加工

4.5.1清根轨迹初始点的搜索

4.5.2清根轨迹的跟踪

4.6本章小结

5基于散乱点模具型腔的数控加工

5.1引言

5.2边界提取

5.2.1用单位行程编码的二元图像初始化连通网

5.2.2完成连通网的连接，实现对边界的提取

5.3边界曲线的偏置

5.3.1基本概念

5.3.2用成对偏置算法（Pair-Wise -Offset-Algortihm）实现边界线的初始偏置

5.3.3欠切区域的去除

5.4本章小结

6总结与展望

6.1论文总结

6.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢