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矢量汉字数控切削加工的刀具路径规划原理与方法

作　者: 沈媛媛
导　师: 曹利新
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 数控加工 矢量汉字 刀具路径规划 行切法 调和映射
分类号: TG506
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 173次
引　用: 3次
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内容摘要


汉字雕刻在机械加工中经常遇到，在有些CAD／CAM软件中自带了汉字处理模块，而一般也只能处理平面汉字并且曲面汉字加工的扭曲变形问题也越来越受到重视。本文研究矢量汉字的数控加工原理与方法，将有助于国内软件的开发。为了得到平面矢量汉字数控加工的刀具路径。首先提取字库文件中汉字控制点的参数；然后，为保证字符弯曲部分的自然过渡且字符可以无限放大而不产生变形，采用直线和三次Bezier曲线来描述字符的轮廓；最后，由轨迹基线求出刀位点，以抬刀次数最少为优化目标，根据刀具的Zigzag运动方式，按照同轮廓、相邻且属于下一列的点优先的原则将刀位点进行串联，形成一条完整的刀具路径。为避免在曲面上加工矢量汉字出现扭曲变形的现象，利用了具有保角变换性质的调和映射。首先介绍了调和映射的基本理论，探讨了平面到曲面的调和映射，应用变分法推导出平面到曲面调和映射所必须满足的偏微分方程；然后解这个偏微分方程时，把调和方程转化为扩散方程，通过求解扩散终值问题来得到调和映射；最后给出了求解扩散终值问题的数值算法，并讨论了算法的稳定性和收敛性。利用调和映射理论，将矢量汉字在平面上加工的刀位点依次映射到曲面上，从而得到在曲面上加工汉字的刀具路径。由于在曲面上用平头立铣刀加工汉字的过程中，存在的刀具干涉问题，详细介绍了曲率匹配方法，并用此方法确定了在曲面上加工汉字的刀位。基于上述理论分析和探讨，作者编制了相应的Visual C++程序，得到了在平面和一些典型曲面上加工汉字的刀位点数据。在UGNX4.0上进行了仿真实验，通过仿真验证，证明了本文所提出和讨论的算法是正确、可行的，为汉字的数控加工技术更进一步发展奠定了基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 数控技术的发展和特点  9-12
    1.1.1 数控加工的特点  9-10
    1.1.2 数控雕刻技术的发展和特点  10-12
  1.2 汉字数控加工技术  12-14
    1.2.1 汉字字模类型  12-13
    1.2.2 汉字雕刻技术的发展  13-14
  1.3 数控加工路径规划方法  14-19
    1.3.1 平面数控加工路径规划方法  14-16
    1.3.2 曲面数控加工路径规划方法  16-19
  1.4 本论文的主要工作  19-20
2 平面汉字的数控加工技术  20-41
  2.1 矢量汉字轮廓控制点的提取  20-22
  2.2 汉字轮廓的表示  22-27
    2.2.1 汉字轮廓的直线表示  22-23
    2.2.2 汉字轮廓的直线和三次Bezier曲线表示  23-27
  2.3 平面汉字数控加工的刀具路径规划  27-40
    2.3.1 与刀具路径有关的基本概念及走刀方式的选择  27-30
    2.3.2 zigzag路径规划方法  30-40
  2.4 本章小结  40-41
3 曲面汉字的数控加工原理  41-57
  3.1 曲面汉字雕刻方法  41
  3.2 调和映射  41-51
    3.2.1 微分几何知识背景  41-44
    3.2.2 从平面到参数方程表达的曲面的调和映射所必须满足的偏微分方程  44-45
    3.2.3 求解调和映射必须满足方程的偏微分方程  45-48
    3.2.4 曲面参数坐标所满足的扩散方程的差分格式的稳定性分析  48-50
    3.2.5 算法实现的编程  50-51
  3.3 平面刀具路径在几种典型曲面上的调和映射  51-55
    3.3.1 计算用参数方程表达的圆柱面上的刀触点  51-53
    3.3.2 计算用参数方程表达的球面上的刀触点  53-54
    3.3.3 计算用参数方程表达的马鞍面上的刀触点  54-55
  3.4 本章小结  55-57
4 曲面汉字数控加工中刀具的选择与刀具姿态的确定  57-69
  4.1 汉字数控加工刀具的选择  57-59
    4.1.1 刀具选择原则  57-58
    4.1.2 刀具选择类型  58-59
  4.2 刀具姿态  59-64
    4.2.1 刀轴控制方式  59-60
    4.2.2 刀具姿态的确定  60-64
  4.3 计算实例  64-67
  4.4 本章小结  67-69
5 计算实例  69-77
  5.1 加工参数的选择  69-71
  5.2 加工汉字的实例  71-76
    5.2.1 平面上加工汉字  71-72
    5.2.2 圆柱面上加工汉字  72-73
    5.2.3 球面上加工汉字  73-74
    5.2.4 马鞍面上加工汉字  74-76
  5.3 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  81-82
致谢  82-83

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 一般性问题 > 金属切削加工工艺
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