三角Bézier曲面数控加工刀轨生成及数控铣削仿真

论文摘要

针对三角Bezier曲面模型刀轨生成效率低、刀具适应性差、走刀形式单一并且无法避免干涉,不能满足实际加工需求等问题,本文提出了基于三角Bezier曲面的数控刀轨生成及数控铣削仿真算法。文中深入研究了三角Bezier曲面模型的快速求交算法；研究了基于三角Bezier曲面的球头刀具、平头刀具的无干涉刀位点获取方法；给出了在不同驱动形式下的精加工刀轨、粗加工刀轨生成算法及数控铣削仿真算法,主要研究成果与创新点如下：（1）引入R*S树动态索引组织三角Bezier曲面模型的邻近关系,基于该结构实现三角Bezier曲面模型数据的快速查询与获取,并研究了三角Bezier曲面快速求交算法,为基于三角Bezier曲面数控刀轨生成的研究奠定了坚实基础；（2）深入分析了三角Bezier曲面的几何性质,基于三角Bezier曲面实现了球头刀具及平头刀具无干涉刀位点的获取,针对不同零件的形状规划出适合工件加工的刀位驱动轨迹,实现了行切精加工刀轨、圆环精加工刀轨、螺旋精加工刀轨等不同形式精加工刀轨的生成；（3）分析了数控粗加工刀轨形式及其生成原理,深入研究了基于三角Bezier曲面的粗加工数控刀轨生成算法,实现了行切粗加工刀轨及环切粗加工刀轨的生成,并采用实验室自主研发的后处理模块对生成的数控刀轨进行处理,获得满足三轴数控加工中心VB-825A及多轴数控加工中心DMU70ev的数控加工代码；（4）研究了数控铣削仿真算法,将毛坯表面离散成三角网格模型并采用R*S树建立毛坯上表面网格节点索引结构,通过计算切削区域内各节点的实时高度来实现数控铣削仿真的动态显示并对基于三角Bezier曲面模型生成的数控加工刀轨进行加工仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基于三角曲面数控加工刀轨生成的研究现状
• 1.2.2 数控铣削仿真的研究现状
• 1.3 三角Bezier曲面加工技术理论、方法存在的问题
• 1.4 本文的研究内容及研究方案
• 第二章 三角B6zier曲面快速求交算法
• 2.1 引言
• 2.2 相交三角Bezier曲面片集的获取
• 2.2.1 动态空间索引结构的建立
• 2.2.2 相交三角Bezier曲面片集的获取
• 2.3 三角Bezier曲面的离散求交
• 2.3.1 三角Bezier曲面的均匀离散
• 2.3.2 基于离散网格的交线数据求解
• 2.4 三角Bezier曲面交线的快速跟踪提取
• 2.5 算法时间复杂度分析
• 2.6 三角Bezier曲面与平面的跟踪迭代求交算法
• 2.6.1 相交区域获取
• 2.6.2 初始交点迭代计算
• 2.6.3 平面与三角Bezier曲面的迭代求交
• 2.7 应用实例
• 2.8 本章小结
• 第三章 无干涉刀位点计算
• 3.1 引言
• 3.2 当前加工区域的获取
• 3.3 基于三角Bezier曲面球刀的无干涉刀位点计算
• 3.4 基于三角Bezier曲面平头刀的无干涉刀位点计算
• 3.4.1 平头刀具表面离散
• 3.4.2 刀位点计算
• 3.5 加工余量的控制
• 3.6 本章小结
• 第四章 三角Bezier曲面数控精加工刀轨生成算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于刀触点计算刀位点的方法生成精加工数控刀轨
• 4.2.1 刀位点求解及干涉点处理
• 4.3 基于刀触点修正的方式生成精加工数控刀轨
• 4.3.1 近曲面点计算
• 4.3.2 刀位点计算及干涉处理
• 4.3.3 算法复杂度分析
• 4.4 基于投影法生成行切精加工数控刀轨
• 4.4.1 刀轨截平面的规划
• 4.4.2 行切精加工刀轨驱动点的获取
• 4.4.3 截平面数据点法矢的确定
• 4.4.4 行切驱动轨迹的生成
• 4.4.5 其他形式刀轨驱动轨迹的规划
• 4.5 刀轨的精度控制（步长控制）
• 4.6 非切削运动的实现
• 4.6.1 进刀运动的实现
• 4.6.2 跨刀运动的实现
• 4.6.3 退刀运动的实现
• 4.7 应用实例
• 4.8 本章小结
• 第五章 三角Bezier曲面模型粗加工刀轨生成算法
• 5.1 引言
• 5.2 行切粗加工刀轨的生成
• 5.2.1 包络线的建立
• 5.2.2 行切粗加工刀轨生成
• 5.3 环切粗加工刀轨的生成
• 5.3.1 包络面的建立
• 5.3.2 刀具瞬时加工区域获取
• 5.3.3 刀位点计算
• 5.3.4 连接各刀位点生成Z向包络面
• 5.3.5 轮廓环的获取、环向的调整与判断及切削区域确定
• 5.3.6 环切数控加工刀轨的生成
• 5.3.7 数控加工刀轨的后置处理
• 5.4 应用实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 数控铣削仿真算法研究
• 6.1 引言
• 6.2 毛坯模型索引结构与切削区域内节点获取
• 6.3 获取节点对应刀轨投影区域
• 6.4 仿真求交运算
• 6.4.1 刀位点坐标Z值计算
• 6.4.2 节点投影点Z向相对高度计算
• 6.4.3 节点高度调整
• 6.5 应用实例
• 6.6 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研成果
• 致谢