CAM中的自动特征识别、CL快速计算及动态插补研究与实现

论文摘要

本文深入研究了计算机辅助制造中的三个关键问题：自动特征识别、加工路径快速计算和加工路径的动态数控插补，并且在理论研究的基础上，以本课题组开发的IE-CAM软件为平台上进行了系统验证和实现。从CAD模型中提取加工特征是计算机集成制造系统的关键，而自动特征识别是最可行的方法之一，从加工特征得到加工路径的过程称为加工路径计算，对于型腔加工通常分为三步：轮廓线等距偏移、偏移后的路径裂缝修补和过切检查，本文针对过切检查提出快速算法，加工路径插补把加工路径变成实际的机床运动，是高速高精度加工的关键环节，本文的主要研究内容和创新点如下： 提出利用哈希表进行交叉特征的识别的方法，当特征发生交叉时，将被分割为多个破碎的特征，交叉特征的识别一直是特征识别研究的热点，用哈希表成功处理了破碎的孔和槽特征的恢复，对于孔特征，按照孔的回转轴分类，再以孔的中心坐标为关键字，排列到哈希表中。这样，来自同一个孔特征的特征碎片被合并到哈希表的同一个表项中，通过简单的规则判断即可将其恢复，对于槽特征，则把槽的底面、侧面按照面的法向量进行分类，并沿着法向量排列于哈希表中。通过这种方法，来自同一个平面的侧面、底面被合并，很容易被识别。 提出修剪复杂型腔加工路径的平面扫描法，快速检查带岛型腔的加工路径中的过切部分，并修剪之，该算法的复杂度为O（nlogn+klogn），其中，n是加工路径的顶点数（对于曲线则是极值点数），k是轨迹交点的个数，优于同类算法。 利用Pythagorean速端螺旋线的曲率连续变化，弧长可以表达为参数的多项式函数的形式的特性，处理高速加工时，刀具路径转向处加速度突变的问题，推导了导入和转向时的最佳PH螺旋线计算公式。 提出在线误差预测的等时间间隔动态插补方法，使插补过程不再仅仅是点或微直线段的控制，而是结合加工路径的几何信息和机床的动态特性，保证整个连续轮廓上的理论加工误差的综合系统，提出根据机床动力学模型计算理论加工误差的快速算法，使在线实时误差预测成为可能；提出利用预测误差，对插补指令进行优化的方法，并实现了单步优化和多步优化的算法，仿真实验表明具有较高的插补精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 表格
• 插图
• 第一章 引言
• 1.1 CAD/CAM技术现状与发展趋势
• 1.2 自动特征识别技术
• 1.2.1 特征的定义
• 1.2.2 特征识别的主要方法
• 1.2.3 特征识别与工艺信息的结合
• 1.3 型腔加工路径计算的主要方法
• 1.4 数控插补技术
• 1.5 本文的研究内容
• 1.5.1 IE-CAM简介
• 1.5.2 自动特征识别
• 1.5.3 加工路径的计算
• 1.5.4 在线误差预测的动态插补方法
• 第二章 自动特征识别
• 2.1 实体建模引擎Parasolid简介
• 2.1.1 实体
• 2.1.2 曲线与边、鳍
• 2.1.3 曲面与环、面
• 2.1.4 属性
• 2.1.5 实体对象的操作接口
• 2.2 IE-CAM中的加工特征
• 2.2.1 孔特征
• 2.2.2 展开体
• 2.2.3 倒角和倒圆
• 2.2.4 形状模型的壁面、非加工面
• 2.2.5 特征的关系
• 2.3 特征识别过程
• 2.3.1 模型预处理
• 2.3.2 不完整特征的重组
• 2.3.3 孔特征识别
• 2.3.4 倒圆、倒角的识别
• 2.3.5 槽识别
• 2.3.6 其他形状特征识别
• 2.3.7 出错处理
• 2.3.8 特征的手工修正
• 2.4 应用实例
• 2.5 本章小结
• 第三章 复杂多岛型腔加工路径生成
• 3.1 加工路径生成的主要问题
• 3.2 平面扫描法
• 3.2.1 计算线段交点的平面扫描法
• 3.2.2 相关概念
• 3.2.3 数据结构
• 3.2.4 算法流程
• 3.2.5 算法分析
• 3.2.6 一般轨迹的处理
• 3.3 应用实例
• 3.4 本章小结
• 第四章 导入与转向的路径优化
• 4.1 Pythagorean速端螺旋线
• 4.2 高速平稳加工路径
• 4.2.1 导入
• 4.2.2 转向
• 4.2.3 仿真实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 在线误差预测的动态插补方法
• 5.1 曲线插补的主要方法
• 5.2 曲线插补中的误差计算
• 5.2.1 理论加工误差的定义
• 5.2.2 理论误差的近似计算
• 5.3 在线误差预测插补方法
• 5.3.1 原理
• 5.3.2 单步预测优化
• 5.3.3 多步预测优化
• 5.4 仿真实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 IE-CAM简介
• 6.1 IE-CAM的功能
• 6.1.1 特征识别
• 6.1.2 孔加工
• 6.1.3 形状加工
• 6.1.4 加工仿真
• 6.1.5 后置处理
• 6.1.6 NC代码验证
• 6.1.7 加工指示书输出
• 6.2 IE-CAM的数据结构与数据库
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 本文的创新点
• 7.3 展望
• 7.3.1 特征识别
• 7.3.2 加工路径计算
• 7.3.3 数控插补
• 附录A 连杆的数控加工代码
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢