復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工刀具軌跡生成與實(shí)驗(yàn).pdf

1、近年來(lái)，隨著航空航天、汽車、模具及消費(fèi)產(chǎn)品等行業(yè)的快速發(fā)展，復(fù)雜曲面零件得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。三角網(wǎng)格模型可用于曲面零件的外觀表達(dá)，具有快速靈活及拓?fù)溥m應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在增材制造、質(zhì)量檢測(cè)、再設(shè)計(jì)與再制造工程等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?；谌蔷W(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工可避免反求曲面模型的繁瑣操作、誤差控制及曲面質(zhì)量等問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)快速制造的一個(gè)重要途徑。然而，三角網(wǎng)格模型僅由網(wǎng)格面片組成，在數(shù)控代碼生成、加工精度及加工質(zhì)量等方面仍存在問(wèn)題

2、，并有待于進(jìn)一步的研究。本論文針對(duì)三角網(wǎng)格模型直接數(shù)控加工中的刀具軌跡生成方法，開(kāi)展較為深入的研究?；贑L路徑法的三角網(wǎng)格模型實(shí)驗(yàn)加工與缺陷分析，提出一種面向復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型的刀具軌跡生成新方法，其中包括網(wǎng)格模型的頂點(diǎn)偏置方法、離散誤差補(bǔ)償?shù)牡段稽c(diǎn)生成算法及雙向插值的刀具軌跡生成算法，開(kāi)發(fā)復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工系統(tǒng)，生成復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型的刀具軌跡，實(shí)現(xiàn)三角網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工。本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　

3、　(1)深入調(diào)研復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工方法，了解該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析目前三角網(wǎng)格模型刀具軌跡生成的CL路徑法，指明當(dāng)前三角網(wǎng)格模型刀具軌跡生成中存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，確定本論文的研究?jī)?nèi)容與實(shí)施方案。
　　(2)基于模型文件的格式描述，分析網(wǎng)格模型的質(zhì)量問(wèn)題對(duì)刀具軌跡生成的影響，提出模型數(shù)據(jù)的拓?fù)渲貥?gòu)方法，為網(wǎng)格模型的刀具軌跡生成提供有效的模型數(shù)據(jù)?；诰W(wǎng)格模型的CL路徑法，實(shí)現(xiàn)粗細(xì)兩種網(wǎng)格模型的實(shí)際加工，分析加工零件

4、的表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格模型加工表面出現(xiàn)的凸面凹坑、凹面凹槽及區(qū)域三角化缺陷問(wèn)題，明確目前網(wǎng)格模型CL路徑法的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
　　(3)研究網(wǎng)格模型的頂點(diǎn)偏置方法，提出基于邊界頂點(diǎn)相鄰網(wǎng)格面片補(bǔ)齊的邊界頂點(diǎn)法矢修正算法及基于相鄰面片偏置誤差加權(quán)的頂點(diǎn)偏置距離補(bǔ)償算法，有效改善三角網(wǎng)格模型的偏置效果。針對(duì)邊界頂點(diǎn)法矢計(jì)算偏差所引起的加工過(guò)切問(wèn)題，通過(guò)邊界頂點(diǎn)相鄰網(wǎng)格面片補(bǔ)齊的邊界頂點(diǎn)法矢修正計(jì)算，消除邊界區(qū)域的實(shí)際加工問(wèn)題?；谄媚Ｐ?/p>

5、的實(shí)際偏置距離，分析模型偏置距離不足造成加工過(guò)切問(wèn)題，通過(guò)基于相鄰面片偏置誤差加權(quán)的頂點(diǎn)偏置距離補(bǔ)償，減小偏置模型的偏置誤差。
　　(4)研究偏置模型的刀位點(diǎn)生成方法，提出基于近似曲面輪廓曲線截平面求交的離散誤差補(bǔ)償?shù)段稽c(diǎn)生成算法，避免三角網(wǎng)格模型離散誤差造成的刀位點(diǎn)計(jì)算精度問(wèn)題。在走刀方式選擇及殘留高度計(jì)算的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究偏置模型刀位點(diǎn)生成的截平面求交法，探討截平面與網(wǎng)格面片的位置關(guān)系，給出截面交點(diǎn)的計(jì)算方法。詳細(xì)分析三角網(wǎng)格

6、模型離散誤差對(duì)截面交點(diǎn)計(jì)算精度的影響，重點(diǎn)研究網(wǎng)格模型加工零件表面的缺陷機(jī)理，通過(guò)刀位點(diǎn)的離散誤差補(bǔ)償，改善刀位點(diǎn)的計(jì)算精度。
　　(5)研究刀位點(diǎn)的刀具軌跡生成方法及刀具軌跡的插補(bǔ)算法，提出雙向插值的刀具軌跡生成算法，實(shí)現(xiàn)刀具軌跡的光滑處理。采用三次非均勻B樣條曲線插值的方法，實(shí)現(xiàn)截平面方向的刀具軌跡生成及光順處理。通過(guò)刀位點(diǎn)的雙向插值，解決垂直于截平面方向的刀具軌跡連接問(wèn)題?；谧叩恫介L(zhǎng)與逼近誤差的幾何關(guān)系，分析樣條曲線的插補(bǔ)

7、方法，通過(guò)等參數(shù)直線逼近的方法，實(shí)現(xiàn)刀具軌跡的插補(bǔ)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算。
　　(6)基于三角網(wǎng)格模型的刀具軌跡生成方法，開(kāi)發(fā)了復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了本論文提出的面向復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型刀具軌跡生成新方法。通過(guò)多個(gè)實(shí)例模型的加工實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析，對(duì)刀具軌跡生成新方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，為復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工提供了有效的理論依據(jù)。
　　最后，進(jìn)行全文的總結(jié)，并總結(jié)展望在復(fù)雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工方法研究中存在和