复杂曲面零件的逆向建模、数控加工及仿真的研究

论文摘要

逆向工程作为一种新技术手段，为产品的改进设计提供了极大的方便，逆向工程技术的应用可以改善产品研发的技术水平、提高生产率、增强企业的经济竞争力，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高具有重大现实意义。本文针对复杂曲面零件在逆向制造全过程中的关键技术做了理论研究，同时通过实例证明其可行性和有效性，研究内容如下：1.研究了复杂曲面数字化测量的关键技术，在分析不同类型曲面测量分块规划和基于特征的测量路径规划等方法的基础上，提出了利用平行路径法逐点扫描零件表面的方法获取零件表面点云数据，在保证测量精度的同时提高了测量的效率。2.通过对现有的点云数据预处理方法的分析和比较，摸索出利用定义多边形边界来快速剔除噪声点的方法，该方法可以在剔除多边形边界外的噪声点的同时保留多边形边界内的有效点。此外提出了采用最小距离法实现点云精简，该方法可以高效的精简亢余的点云数据，从而为曲面重构提供很大的方便。3.在分析常用的曲线曲面(Bezier、B样条、NURBS)的构建理论和方法的基础上，基于Imageware软件，分析了构造高精度NURBS曲面曲线的流程和方法。以鼠标零件为例，利用“点→曲线→曲面”的生成思路，对复杂曲面的重构设计方法进行了实际应用。4.实现了利用UG/CAM模块编制鼠标零件的数控加工程序，提出了型腔铣粗加工零件整体外形、固定轴曲面轮廓铣(半)精加工鼠标上表面、等高轮廓铣鼠标侧面的加工策略，并根据该策略完成了数控编程工作，最后运用后置处理模块生成了能被具体机床控制系统所识别的数控代码。5.运用VERICUT软件建立了数控机床的仿真环境，并以此为基础实现了鼠标零件NC代码的仿真，同时进行了刀具路径的优化和进给速度的补偿，实现了完全的虚拟加工过程，保证了NC代码的正确性。通过以上研究证明了将Imageware、UG、VERICUT软件有机结合以实现复杂曲面零件的逆向制造的方法具有良好的软件兼容性，同时具有操作便捷、加工效率高的优点，大大缩短了产品的开发生产周期，为复杂曲面零件的仿制加工提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 逆向工程概述
• 1.2.1 逆向工程的概念
• 1.2.2 逆向工程的关键技术及研究现状
• 1.3 数控加工仿真技术概述
• 1.3.1 数控加工仿真技术的定义
• 1.3.2 数控加工仿真技术的分类及国内外研究现状
• 1.4 本文的选题背景及研究内容
• 1.4.1 本文的研究背景和意义
• 1.4.2 本文的研究内容
• 第二章 复杂曲面零件的点云数据获取及预处理
• 2.1 曲面点云数据的采集
• 2.1.1 点云采集设备简介
• 2.1.2 测量过程
• 2.2 点云数据的预处理
• 2.2.1 点云数据的分类
• 2.2.2 多视点云的对齐
• 2.2.3 误差点的识别与去除
• 2.2.4 点云数据的平滑滤波
• 2.2.5 点云数据的精简
• 2.2.6 点云数据的可视化分析
• 2.2.7 点云数据的分割
• 2.3 鼠标零件点云数据的预处理
• 2.3.1 鼠标零件点云的对齐过程
• 2.3.2 鼠标零件点云数据噪声点的去除与数据精简
• 2.3.3 鼠标零件点云数据的分块
• 2.4 本章小结
• 第三章 零件的三维模型重构
• 3.1 曲面重构的基本理论与方法
• 3.1.1 Bezier 曲线与曲面
• 3.1.2 B 样条曲线与曲面
• 3.1.3 非均匀有理 B 样条（NURBS）曲线与曲面
• 3.2 曲面的编辑及质量评价
• 3.2.1 曲面的编辑
• 3.2.2 曲面质量的评价
• 3.3 鼠标零件的曲面模型重构
• 3.3.1 创建曲线架构
• 3.3.2 曲面的重构
• 3.4 本章小结
• 第四章 曲面零件的数控加工自动编程
• 4.1 引言
• 4.2 刀位轨迹的生成
• 4.2.1 刀位轨迹的生成方法
• 4.2.2 零件工艺方案设计
• 4.2.3 加工坐标系的设定
• 4.2.4 节点组的创建
• 4.2.5 创建加工操作及显示刀位轨迹
• 4.2.6 后置处理
• 4.3 本章小结
• 第五章 虚拟机床的加工仿真
• 5.1 数控加工仿真系统VERICUT简介
• 5.2 VERICUT数控机床仿真过程
• 5.3 数控机床仿真环境的创建
• 5.3.1 机床运动学及几何模型的建立
• 5.3.2 机床控制系统加载与设置
• 5.3.3 刀具文件的创建
• 5.3.4 机床加工过程仿真
• 5.3.5 仿真结果分析
• 5.3.6 刀位轨迹的优化
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及对未来工作的展望
• 6.1 本文的主要工作及结论
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加科研情况
• 致谢