Catmull-Clark细分曲面的NC刀轨生成关键技术研究

论文摘要

细分曲面在自由型曲面构造方面有着强大的功能和潜力,由于细分曲面的诸多配套技术并不完善,细分造型还没有在CAD/CAM领域广泛应用。细分曲面的刀具轨迹生成是其在CAD/CAM领域走向应用的一项基础性工作。本文根据Catmull-Clark细分曲面的特点,以曲线曲面等距为基础,对Catmull-Clark细分曲面的刀具轨迹生成方法进行了研究,提出了基于Catmull-Clark细分曲面的两种刀具轨迹生成算法。其主要研究内容如下:1,分析了细分曲面的特点,利用控制顶点和极限点之间的关系,提出了细分深度的估计方法,使得细分网格能够在给定精度的前提下以较小的细分次数逼近极限曲面。2,分析了刀触点与刀位点之间的关系,利用表面截面法生成刀具轨迹。主要思想是先在满足误差要求的曲面上利用截面法生成刀触点,然后计算刀触点的法矢量,再将刀触点在法矢量方向上进行等距形成刀位点,最后将刀位点链接起来形成刀轨,并对刀轨生成过程中产生的自交和噪声进行消除。3,分析了曲面等距原理及以往曲面等距方法,在前人研究的基础上利用离散方法给出了一种精确的曲面等距算法,并对曲面等距误差进行了估计。在等距面生成的基础上利用截面法生成刀位点,把刀位点按照一定的顺序链接起来形成刀轨。采用这一方法生成刀轨时,不对曲面等距存在的自交进行处理,而是在求出刀轨后对刀轨的自交进行了消除。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 CAD/CAM 集成系统数控技术
• 1.2 课题研究背景、意义及目的
• 1.2.1 课题研究背景
• 1.2.2 课题研究意义及目的
• 1.3 课题研究内容
• 1.3.1 课题研究内容
• 1.3.2 本文内容组织
• 第二章 数控加工基础
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 机床坐标系和工件坐标系
• 2.1.2 刀具类型
• 2.1.3 刀具轨迹计算及生成相关概念[1,3]
• 2.2 刀具轨迹生成方法
• 2.2.1 刀具轨迹规划
• 2.2.2 刀具轨迹生成方法
• 2.3 本章小节
• 第三章 细分曲面的构造及细分深度的估计
• 3.1 引言
• 3.2 Catmull-Clark 细分模式
• 3.2.1 基本术语
• 3.2.2 Catmull-Clark 细分规则
• 3.2.3 Catmull-Clark 细分曲面几何属性
• 3.2.4 Catmull-Clark 细分曲面性质
• 3.3 数据结构
• 3.4 细分深度估计
• 3.4.1 深度估计原理
• 3.4.2 深度估计公式推导及应用
• 3.4.3 算法实例
• 3.5 本章小结
• 第四章 表面截面法生成刀轨
• 4.1 引言
• 4.2 刀轨生成的基本过程
• 4.2.1 刀触点生成
• 4.2.1.1 四边形三角化
• 4.2.1.2 走刀行距确定
• 4.2.2 刀位点生成
• 4.2.2.1 刀触点法矢量计算
• 4.2.2.2 法矢量方向判别
• 4.2.3 刀轨自交消除
• 4.2.3.1 自交概述
• 4.2.3.2 自交消除
• 4.2.4 刀轨光顺
• 4.2.4.1 光顺相关研究
• 4.2.4.2 光顺算法
• 4.2.4.3 光顺验证
• 4.3 算法实例
• 4.4 本章小结
• 第五章 等距截面法生成刀轨
• 5.1 刀轨生成算法
• 5.1.1 曲面等距
• 5.1.1.1 曲面等距相关工作
• 5.1.1.2 等距原理及流程
• 5.1.1.3 极限点和法矢量计算
• 5.1.1.4 等距及反算
• 5.1.1.5 等距误差分析
• 5.1.2 刀位点生成
• 5.2 算法实例
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文