面向NURBS刀具路径生成的刀位点分段方法及其应用

论文摘要

NRUBS方法因为其优良的性质被广泛运用于CAD/CAM领域,并成为国际标准中描述工业产品几何性质的统一数学工具。数控曲面加工技术中,NURBS插补技术具有缩短NC程序,平滑加工速度和提高加工精度等特点,其被认为是最适合高速高精度曲面加工的插补方案。NURBS插补的实现,需要将复杂NURBS几何模型转化为NURBS刀具路径。以此为背景,本论文深入研究了在复杂曲面NURBS刀具路径生成中的分段算法和NURBS曲线拟合中边界条件的确定问题,为正确生成刀具路径提供理论支持。论文通过分析NURBS刀具路径的特点,对用刀位点列表示的刀具路径之间的连接关系和边界点进行分类,提出了通过层次聚类法将刀具路径进行分段的方法。在此基础上,通过判断边界点的类型来提取合适的刀位点段进行NURBS刀具路径的生成。论文结合分段算法中对刀位点的划分,获取NURBS曲线的约束条件,将其用于曲线拟合,使NURBS刀具路径之间保持光顺的连接;提出了用于NURBS迭代拟合过程中控制顶点初始值设定的新方法;推导了NURBS曲线分段表示的矩阵表达式。论文用上述理论对复杂的模具模型进行分段处理,并将生成的NURBS刀具路径应用于数控加工中,实例分析和比较显示了本论文提出的分段算法可靠、快捷,对不同曲线曲面轮廓刀具路径进行分段的适应性强,分段结果可以很好地满足NURBS曲线拟合的要求。上述提出的NURBS刀具路径在实际应用中,易于在数控加工中实现,可以提高切削过程的平稳性,减少机床频繁的加减速从而提高整个加工的切削效率,还可以大大提高曲面加工精度,改善曲面的粗糙度并提高曲面的光顺性,具有很强的工程意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 曲线插补技术研究现状
• 1.2.2 NURBS 刀具路径生成发展现状
• 1.2.3 NURBS 曲线拟合算法研究现状
• 1.3 研究内容与安排
• 第2章 复杂自由曲面刀具路径生成技术
• 2.1 复杂曲面加工的基本概念
• 2.2 三坐标曲面加工刀具路径计算
• 2.2.1 自由曲线曲面加工刀位点的计算
• 2.2.2 自由曲线曲面加工中刀具路径的生成方法
• 2.2.3 走刀步长的确定
• 2.2.4 走刀行距的确定
• 2.2.5 刀具干涉检查
• 2.3 NURBS 插补技术
• 2.3.1 NURBS 曲线及其特点
• 2.3.2 NURBS 插补技术
• 2.3.3 NURBS 刀具路径生成技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 NURBS 刀具路径生成中的分段
• 3.1 引言
• 3.2 曲面加工中的刀点分析
• 3.3 聚类分析
• 3.3.1 数据变换处理
• 3.3.2 计算距离系数
• 3.3.3 凝聚层次聚类
• 3.4 刀位点的聚类分析
• 3.5 边界点的划分
• 3.6 实例研究与分析
• 3.6.1 二维轮廓分段实例
• 3.6.2 三维轮廓分段实例
• 3.7 本章小结
• 第4章 NURBS 刀具路径的拟合生成
• 4.1 引言
• 4.2 NURBS 刀具路径的含义
• 4.3 NURBS 曲线拟合技术
• 4.3.1 最小二乘曲线拟合
• 4.3.2 带约束的最小二乘拟合
• 4.3.3 精度控制的曲线拟合
• 4.4 NURBS 曲线的矩阵表示
• 4.5 实例分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 NURBS 刀具路径的应用研究
• 5.1 引言
• 5.2 自由曲面加工NURBS 刀具路径
• 5.2.1 自由曲面NURBS 刀具路径生成
• 5.2.2 加工表面的检测和分析
• 5.3 模具型面加工NURBS 刀具路径应用
• 5.4 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 攻读学位期间从事的主要研究工作