数控加工几何仿真中材料去除算法及精度检验技术的研究

摘要

虚拟加工仿真是我国机械制造业中的研究热点之一，是实际加工之前检验数控代码正确性的重要手段，对于保证加工质量、避免加工过程中产生不必要损失具有重要意义。随着我国航空航天等重要领域迅速发展，对高效准确加工过程仿真提出了越来越高的要求。本文针对目前我国缺乏自主知识产权加工仿真软件，材料动态去除、碰撞干涉检测、加工精度检验等关键技术存在计算效率低、误差大等问题，研究和开发了加工仿真过程中的相关算法，完善了数控加工仿真系统功能模块。
　　基于STL格式建立工件及刀具空间几何模型，采用空间解析法求解刀具扫掠体模型，将刀具扫掠体模型表面进行分类，利用方程组求解出曲面边界，最终求得刀具扫掠体曲面模型。通过建立索引将STL模型表面离散无关的三角面片变成相关联的整体，为材料去除过程中求交计算提供便利条件。
　　根据工件及刀具扫掠体的建模方式，通过空间三角面片的求交运算，求取刀具扫掠体和工件模型三角面片对之间相交的交线段，获得两封闭模型相交的边界线。利用边界线对模型曲面进行分类，完成刀具扫掠体模型与工件模型布尔求差运算，实现材料去除仿真，最终可求得材料去除后的工件模型。
　　运用固定方向凸包法（FDH）建立刀具及其它零部件的包围盒模型，优化了FDH包围盒法中固定方向值，保证了碰撞检测中包围盒的紧密性和简单性。在相交测试时只需要对固定方向进行7次比较运算，计算量远远小于常用的OBB包围盒法。再根据STL模型表面结构特点，对空间三角面片对进行相交判断完成精确碰撞检测，以保证整个碰撞检测过程的顺利完成。
　　基于材料去除算法的基础上，将加工结果模型与设计零件模型进行比对，求取加工曲面各三角面片的重心点坐标到设计零件曲面之间的有向距离，得到加工误差的数据表，以图云的方式直观显示，能够清楚的反应切削曲面欠切、过切部分。相对于已有精度检验算法，该方法所计算的误差更符合实际加工误差，精度检验更加准确。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 数控加工几何仿真技术概述

1.2 数控加工几何仿真中的材料去除算法概述

1.3 数控加工几何仿真中的碰撞干涉检测概述

1.4 数控加工几何仿真中精度检验概述

1.5 论文选题背景和研究内容

第二章 工件及刀具扫掠体的建模

2.1 三维实体的建模方法概述

2.2 工件的建模方法

2.3 STL格式模型

2.4 刀具扫掠体的构造及生成算法

2.5 本章小结

第三章 数控加工几何仿真中的材料去除算法

3.1 空间三角面片对的概述

3.2 基于向量运算的三角面片对的精确相交判定算法

3.3 工件与刀具扫掠体的求交

3.4 三角面片的划分及分类

3.5 材料去除后工件的生成

3.6 本章小结

第四章 数控加工几何仿真中的碰撞干涉检测

4.1 碰撞干涉检测常用方法分类

4.2 基于STL模型的固定方向凸包

4.3 碰撞检测范例

4.4 本章小结

第五章 数控加工几何仿真中精度检验技术

5.1 常用的精度检验算法

5.2 基于STL模型的精度检验算法

5.3 数控加工仿真的精度验证结果范例

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要贡献

6.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献

在学期间取得的与学位论文相关的研究成果