复合快速成形中的数控加工轨迹生成

论文摘要

复合快速成形技术是在常规快速成形技术的基础上发展起来的,它克服了常规快速成形技术所存在的精度低、可制造零件尺寸小、可选用材料种类有限等缺点。复合快速成形技术的应用有助于增大分层的厚度,减小切片的数目,从而缩短了成形时间,并为制造不同材料、复杂形状、多功能原型零件提供了有效的手段和可能性。复合快速成形技术与常规快速成形技术的不同之处就是它引入了数控加工,因此数控加工轨迹的生成是复合快速成形中极其重要的一个环节。为生成复合快速成形中的数控加工轨迹,以STL（Stereo Lithography）数据模型为研究对象,提出了用点偏置算法构造偏置模型来生成数控粗、精加工轨迹的方法,并开发出了可直接应用于复合快速成形技术的CAM专用软件。本文利用链表结构进行数据存储,在去除顶点冗余的过程中,直接建立了点引用面的法向量的拓扑信息。在此拓扑信息的基础上,根据加工刀具的要求,计算出了各个三角面片的偏置点,并由这些偏置点重新构造出由三角面片组成的STL偏置模型。用一系列的平行切面对偏置模型进行切片,在二维空间内对交线进行整理,得到精加工刀具轨迹。粗加工刀具轨迹采用分阶段偏置方式生成,首先按刀具刀角半径偏置生成STL偏置模型,并用水平切平面切割偏置模型;然后在切平面内偏置截交线来确定加工区域,对加工区域进行填充与规划;把每一层面上的刀位轨迹按zig-zag方式连接生成粗加工刀具轨迹。最后,利用VC++、OpenGL建立了刀具模拟加工平台,对生成的轨迹进行了初步校验。在后置处理后,利用Mastercam软件对生成的NC文件进行了实体的仿真加工,并用轨迹比较软件对该软件生成的NC文件与Pro/Engineer软件生成的NC文件进行了比较。算法应用实例表明该方法具有可行性,利用该方法开发出的CAM软件可直接用于复合快速成形技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 快速成形技术
• 1.1.2 复合快速成形技术
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 国内外发展现状和研究成果
• 1.4 课题的主要研究内容
• 1.5 课题效果预测
• 1.6 本章小结
• 第2章 STL文件的读入与可视化平台建立
• 2.1 引言
• 2.2 STL文件简介
• 2.2.1 STL文件的格式
• 2.2.2 STL文件的优缺点
• 2.3 STL文件的读入
• 2.4 STL模型的拓扑信息建立
• 2.5 OpenGL环境下STL模型显示
• 2.5.1 OpenGL环境简介
• 2.5.2 STL模型的显示
• 2.5.3 STL模型的窗口变换
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于STL模型的数控加工轨迹生成
• 3.1 引言
• 3.2 STL的顶点偏置模型
• 3.2.1 STL的顶点偏置算法
• 3.2.2 STL顶点偏置模型的生成
• 3.2.3 偏置后基本拓扑信息的建立与提取
• 3.2.4 STL偏置模型的可视化
• 3.3 偏置模型与平行切面求交
• 3.3.1 基于STL模型的切片算法
• 3.3.2 基本算法流程
• 3.3.3 顶点的重新排列
• 3.3.4 三角形面片与平行切面求交算法
• 3.3.5 有向截面交点生成
• 3.4 粗加工刀具轨迹生成
• 3.4.1 STL粗加工刀具轨迹的研究现状
• 3.4.2 基本算法流程
• 3.4.3 内边界刀具轨迹的确定
• 3.4.4 外边界刀具轨迹的确定
• 3.4.5 粗加工刀具轨迹填充
• 3.4.6 粗加工刀具轨迹规划
• 3.4.7 粗加工数据模型
• 3.4.8 粗加工刀具轨迹可视化
• 3.5 精加工刀具轨迹生成
• 3.5.1 基本算法流程
• 3.5.2 刀位点计算
• 3.5.3 精加工数据模型
• 3.5.4 精加工刀具轨迹可视化
• 3.6 本章小结
• 第4章 轨迹模拟显示与后置处理
• 4.1 引言
• 4.2 模拟运动实现方法
• 4.3 轨迹模拟算法
• 4.4 模拟运动显示实例
• 4.5 后置处理
• 4.6 本章小结
• 第5章 算法应用实例
• 5.1 引言
• 5.2 应用实例
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文