復雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工刀具軌跡生成與實驗.pdf

1、近年來，隨著航空航天、汽車、模具及消費產(chǎn)品等行業(yè)的快速發(fā)展，復雜曲面零件得到了越來越多的應用。三角網(wǎng)格模型可用于曲面零件的外觀表達，具有快速靈活及拓撲適應能力強的優(yōu)點，在增材制造、質(zhì)量檢測、再設計與再制造工程等相關(guān)技術(shù)領域得到了廣泛應用?；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)量等問題，是實現(xiàn)快速制造的一個重要途徑。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)量等方面仍存在問題

2、，并有待于進一步的研究。本論文針對三角網(wǎng)格模型直接數(shù)控加工中的刀具軌跡生成方法，開展較為深入的研究?；贑L路徑法的三角網(wǎng)格模型實驗加工與缺陷分析，提出一種面向復雜曲面網(wǎng)格模型的刀具軌跡生成新方法，其中包括網(wǎng)格模型的頂點偏置方法、離散誤差補償?shù)牡段稽c生成算法及雙向插值的刀具軌跡生成算法，開發(fā)復雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工系統(tǒng)，生成復雜曲面網(wǎng)格模型的刀具軌跡，實現(xiàn)三角網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工。本論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　

3、　(1)深入調(diào)研復雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工方法，了解該領域的國內(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)問題，確定本論文的研究內(nèi)容與實施方案。
　　(2)基于模型文件的格式描述，分析網(wǎng)格模型的質(zhì)量問題對刀具軌跡生成的影響，提出模型數(shù)據(jù)的拓撲重構(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，實現(xiàn)粗細兩種網(wǎng)格模型的實際加工，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)域三角化缺陷問題，明確目前網(wǎng)格模型CL路徑法的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　(3)研究網(wǎng)格模型的頂點偏置方法，提出基于邊界頂點相鄰網(wǎng)格面片補齊的邊界頂點法矢修正算法及基于相鄰面片偏置誤差加權(quán)的頂點偏置距離補償算法，有效改善三角網(wǎng)格模型的偏置效果。針對邊界頂點法矢計算偏差所引起的加工過切問題，通過邊界頂點相鄰網(wǎng)格面片補齊的邊界頂點法矢修正計算，消除邊界區(qū)域的實際加工問題?；谄媚Ｐ?/p>

5、的實際偏置距離，分析模型偏置距離不足造成加工過切問題，通過基于相鄰面片偏置誤差加權(quán)的頂點偏置距離補償，減小偏置模型的偏置誤差。
　　(4)研究偏置模型的刀位點生成方法，提出基于近似曲面輪廓曲線截平面求交的離散誤差補償?shù)段稽c生成算法，避免三角網(wǎng)格模型離散誤差造成的刀位點計算精度問題。在走刀方式選擇及殘留高度計算的基礎上，詳細研究偏置模型刀位點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，給出截面交點的計算方法。詳細分析三角網(wǎng)格

6、模型離散誤差對截面交點計算精度的影響，重點研究網(wǎng)格模型加工零件表面的缺陷機理，通過刀位點的離散誤差補償，改善刀位點的計算精度。
　　(5)研究刀位點的刀具軌跡生成方法及刀具軌跡的插補算法，提出雙向插值的刀具軌跡生成算法，實現(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，實現(xiàn)截平面方向的刀具軌跡生成及光順處理。通過刀位點的雙向插值，解決垂直于截平面方向的刀具軌跡連接問題?；谧叩恫介L與逼近誤差的幾何關(guān)系，分析樣條曲線的插補

7、方法，通過等參數(shù)直線逼近的方法，實現(xiàn)刀具軌跡的插補點坐標計算。
　　(6)基于三角網(wǎng)格模型的刀具軌跡生成方法，開發(fā)了復雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工系統(tǒng)，實現(xiàn)了本論文提出的面向復雜曲面網(wǎng)格模型刀具軌跡生成新方法。通過多個實例模型的加工實驗與結(jié)果分析，對刀具軌跡生成新方法的有效性進行了驗證，為復雜曲面網(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，進行全文的總結(jié)，并總結(jié)展望在復雜曲面網(wǎng)格模型的直接數(shù)控加工方法研究中存在和