面向STL數(shù)控加工的刀具軌跡規(guī)劃及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、STL（Stereo Lithography）即為三維實(shí)體模型文件經(jīng)過(guò)三角化處理后得到的模型文件，是為快速原型制造（RPM）服務(wù)的文件格式。UGNX，Pro/E，CATIA等大多數(shù)的CAD/CAM系統(tǒng)都能導(dǎo)出STL文件，但沒(méi)有處理STL模型的能力；針對(duì)參數(shù)模型的自動(dòng)刀軌生成算法已經(jīng)成熟，但是針對(duì)STL離散三角網(wǎng)格模型的算法較少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)異構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，導(dǎo)致設(shè)計(jì)部分與制造部門(mén)之間難以做到數(shù)據(jù)的順利交流。因此，研究面向

2、STL文件的數(shù)控加工方法就成為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界亟待解決的問(wèn)題。
　　針對(duì)面向STL數(shù)控加工的刀具軌跡規(guī)劃及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，本文對(duì)以下四方面進(jìn)行了研究：（1）面向STL的數(shù)控加工系統(tǒng)框架及STL分層分析；（2）平面閉合曲線的偏置算法分析；（3）刀具軌跡連接接算法及后置處理分析；（4）對(duì)刀具軌跡規(guī)劃進(jìn)行了研究，并給出了實(shí)例，驗(yàn)證了其軌跡規(guī)劃的可行性。
　　首先就面向STL的數(shù)控加工系統(tǒng)分析了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)面向STL的刀具軌跡規(guī)劃的相

3、關(guān)理論及方法進(jìn)行了研討，對(duì)面向STL的數(shù)控加工系統(tǒng)框架做詳細(xì)闡述，分析系統(tǒng)組成，給出刀具軌跡規(guī)劃子系統(tǒng)構(gòu)架，對(duì)STL文件的分層進(jìn)行討論。通過(guò)對(duì)各自刀具軌跡生成方法的對(duì)比，選用等距偏置法獲得刀具軌跡，實(shí)現(xiàn)高效的無(wú)退刀加工的刀具軌跡生成方法。
　　其次，對(duì)平面閉合曲線的偏置算法進(jìn)行了分析研究，為了獲得偏置曲線，提出了一種基于原始環(huán)的平面閉合曲線偏置算法，以STL的輪廓線以及毛坯的輪廓線為基礎(chǔ)，采用頂點(diǎn)偏置法，對(duì)毛坯輪廓和STL輪廓進(jìn)行

4、偏置處理，獲得初步偏置曲線，通過(guò)對(duì)無(wú)效偏置曲線的去除，實(shí)現(xiàn)了等距刀具軌跡線的自動(dòng)生成。
　　再次，對(duì)刀具軌跡連接算法及后置處理進(jìn)行了分析研究，提出了無(wú)退刀刀具軌跡連接算法，避免了刀具在每層加工時(shí)反復(fù)退刀，提高了加工效率。獲得刀位文件后，結(jié)合后置處理，得到可用于數(shù)控機(jī)床的數(shù)控程序。
　　最后在上述理論和方法的研究基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)——面向STL的數(shù)控加工系統(tǒng)，通過(guò)案例驗(yàn)證了系統(tǒng)的正確性。系統(tǒng)使用Visual C++作為平

5、臺(tái)開(kāi)發(fā)，使用Open GL實(shí)現(xiàn)STL的顯示，使用Open Mesh實(shí)現(xiàn)STL數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，其它代碼使用C++編寫(xiě)完成。通過(guò)調(diào)用Open GL庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)圖形的幾種變換，同時(shí)系統(tǒng)既可以通過(guò)菜單欄進(jìn)行操作，又能通過(guò)圖形按鈕實(shí)現(xiàn)同樣的操作，增加了系統(tǒng)的可操作性。同時(shí)將各功能模塊化，使之易于擴(kuò)充與修改，從而使得系統(tǒng)具有不斷完善的能力。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1）提出了等距偏置法生成刀具軌跡，既能保證加工精度，又能實(shí)現(xiàn)高效加工，同