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复杂三角网格模型数控加工特征提取及刀具轨迹生成研究

作　者: 郁萌
导　师: 江开勇；黄常标
学　校: 华侨大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 三角网格模型 特征识别 局部干涉 狭槽 等残留高度 刀具轨迹
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要


以STL文件表示的三角网格模型，作为一种CAD文件转换格式，几乎被所有的CAD/CAM系统所接受，已广泛地应用于快速原型制造(RP)和逆向工程(RE)等领域中。与三角网格模型的广泛应用相比，针对三角网格模型生成刀具轨迹的研究相对较少，且主要基于截面线法对整个模型表面生成单一的刀具轨迹。统一的轨迹规划策略不能确保高效地加工模型的所有表面，往往存在干涉区域而影响加工精度和效率。因此，本文针对复杂网格模型提出了分治加工策略，并对三角网格模型数控加工特征的识别及其刀具轨迹生成进行了相关研究。首先研究了三角网格模型的拓扑结构建立的方法，利用C++标准模板库设计了一种三角网格模型半边拓扑结构重建的快速高效算法；同时研究了三角网格模型顶点曲率的计算方法，顶点的曲率信息能为后续工作发挥重要的作用。其次研究了三角网格模型数控加工过程中局部干涉特征和狭槽特征的识别方法。本文利用区域生长和顶点主曲率信息来识别局部干涉特征，对于狭槽特征，提出一种基于投影轮廓线偏置的方法进行识别。最后研究了三角网格模型的刀具轨迹生成方法。对识别的特征区域进行了相应的刀具轨迹规划，对于局部干涉特征，提出了一种基于边界轮廓偏置的等残留刀具轨迹生成方法。对于狭槽特征，基于半边拓扑结构的快速切片算法来生成等高线轨迹，研究了切片轮廓线偏置的干涉处理问题，提出一种基于无效的偏置边检测方法来消除自交干涉，从而生成无干涉的等高线刀位点轨迹。本文的创新点在于：1.提出了分治加工策略，避免了对整个网格模型生成单一的刀具轨迹，提高了加工效率和加工精度；2.提出一种基于各向异性的区域生长的方法来识别局部干涉特征和狭槽特征；3.针对三角网格模型，提出了基于边界轮廓偏置的等残留刀具轨迹生成方法。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题的背景及意义  9-10
  1.2 数控加工刀具轨迹生成研究现状  10-14
    1.2.1 刀具轨迹生成的主要方法  10-14
    1.2.2 分治加工策略的提出  14
  1.3 特征识别研究现状  14-18
    1.3.1 传统的特征识别方法  14-16
    1.3.2 三角网格模型的特征研究  16-18
  1.4 本文的研究内容及组织结构  18-19
    1.4.1 本文的主要研究内容  18
    1.4.2 本文的组织结构  18-19
第2章 三角网格模型的相关基础性研究  19-33
  2.1 引言  19
  2.2 三角网格模型  19-22
    2.2.1 STL 文件简介  20-21
    2.2.2 STL 文件格式的规则和分析  21-22
  2.3 STL 文件拓扑结构的建立  22-27
    2.3.1 STL 文件拓扑重建的数据结构  22-24
    2.3.2 STL 文件拓扑结构的建立  24-27
    2.3.3 测试实例与算法分析  27
  2.4 三角网格微分几何特性的估算  27-32
    2.4.1 三角网格顶点处局部二次曲面的拟合  28-30
    2.4.2 顶点主曲率和主方向的计算  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章 三角网格模型数控加工特征的提取  33-53
  3.1 引言  33
  3.2 三角网格模型的区域分块  33-37
    3.2.1 网格模型的分块方法  33-34
    3.2.2 三角网格特征边的识别  34-35
    3.2.3 区域生长  35-36
    3.2.4 区域边界的提取  36-37
  3.3 局部干涉特征区域的识别  37-42
    3.3.1 三角网格模型平面区域的识别  38-39
    3.3.2 特征点各向异性邻域的构建  39-41
    3.3.3 局部干涉区域的识别  41-42
  3.4 狭槽特征区域的识别  42-46
    3.4.1 三角网格模型垂直表面的识别  43
    3.4.2 狭槽特征的识别策略  43-46
  3.5 测试实例与分析  46-51
  3.6 本章小结  51-53
第4 章 加工特征刀具轨迹的生成  53-75
  4.1 引言  53
  4.2 刀具轨迹生成基础  53-55
    4.2.1 加工刀具的选择  53-54
    4.2.2 刀具轨迹的相关概念  54-55
  4.3 局部干涉特征等残留刀具轨迹的生成  55-63
    4.3.1 切削行距的计算模型  55-57
    4.3.2 刀触点法曲率半径的计算  57-58
    4.3.3 等残留刀触点轨迹的生成  58-61
    4.3.4 刀位点的生成  61-62
    4.3.5 等残留刀具轨迹生成过程  62-63
  4.4 狭槽特征等高线刀具轨迹的生成  63-66
    4.4.1 特征区域的快速切片算法  64-65
    4.4.2 偏置轮廓干涉的处理  65-66
  4.5 测试实例与分析  66-73
  4.6 本章小结  73-75
第5章 总结与展望  75-77
  5.1 全文总结  75-76
  5.2 需进一步开展的工作  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-83
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  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 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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