基于STL的螺旋锥齿轮切削运动可视化研究

论文摘要

螺旋锥齿轮是机械产品中的基础件,应用广泛,但其复杂的齿面形状给三维实体造型带来了一定的困难。而实际生产中,为了加工出合格的齿面,需要进行大量的试切来调整设计加工参数。这一过程费工费时,也无法适应目前市场对产品发展的要求。本文利用计算机仿真技术对基于STL的螺旋锥齿轮切削运动可视化进行了研究。本文根据实际生产情况提出了盘铣刀和齿坯实体造型的简化方法,通过三维造型软件构建了盘铣刀和齿坯的三维实体模型,并存储为STL格式文件,为进一步实现切削运动可视化做好准备。本文研究了STL格式文件的特点,实现了STL文件的读取与显示;提出了一种螺旋锥齿轮切削仿真过程实现方法,即:将STL格式的螺旋锥齿轮盘铣刀和毛坯离散,形成其表面点云格式,存储到具有一定数据结构的链表中,然后对点云进行布尔运算,将运算后的工件毛坯表面进行曲面重构,从而实现切削仿真过程;研究了射线与空间三角面片的求交算法;提出了一种根据具有一定数据结构的空间点云实现物体表面重构的方法;研究并实现了加工后的齿轮STL格式文件的存储。本文研究了传统机械式铣齿机与CNC铣齿机的运动转换原理,由此求出了螺旋锥齿轮CNC铣齿机各运动轴表达式系数,通过MATLAB、VC以及MATLAB与VC的混合编程工具MATCOM实现了这一过程,解决了整个过程中复杂数学模型处理计算的问题,在此基础上,讨论了刀具与工件毛坯的空间平移、旋转等过程,求出了绕空间任意矢量旋转的旋转矩阵的表达式,实现了工件和刀具在加工过程中位姿的变化,从而实现了螺旋锥齿轮切削运动可视化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 螺旋锥齿轮数控加工及其仿真技术研究现状及存在的问题
• 1.2.1 螺旋锥齿轮数控加工及其仿真技术研究现状
• 1.2.2 螺旋锥齿轮数控加工及其仿真技术中存在的问题
• 1.3 数控仿真切削方法综述
• 1.3.1 基于实体建模的表示方法
• 1.3.2 基于空间分割的表示方法
• 1.3.3 基于离散矢量求交的方法
• 1.4 课题提出及主要研究内容
• 1.4.1 课题的提出
• 1.4.2 论文研究的主要内容
• 第二章 螺旋锥齿轮设计及CNC 铣齿机运动原理分析
• 2.1 螺旋锥齿轮的类型和特点
• 2.1.1 螺旋锥齿轮的类型
• 2.1.2 螺旋锥齿轮的特点
• 2.2 螺旋锥齿轮的设计方法
• 2.3 刀具和毛坯的设计
• 2.3.1 盘铣刀的实体造型
• 2.3.2 螺旋锥齿轮毛坯的实体造型
• 2.4 CNC 螺旋锥齿轮铣齿机的加工运动机理
• 2.4.1 CNC 螺旋锥齿轮铣齿机概述
• 2.4.2 CNC 铣齿机的加工运动机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 STL 文件读取显示及虚拟加工过程算法研究及实现
• 3.1 STL 格式文件的读取与显示
• 3.1.1 STL 格式文件简介
• 3.1.2 基于STL 格式文件的读取与显示功能模块划分
• 3.1.3 STL 格式文件的读取
• 3.1.4 STL 格式文件的图形显示
• 3.2 点云离散及曲面重构法介绍和实现过程
• 3.2.1 工件和刀具的点云离散过程
• 3.2.2 离散点云的数据结构表示
• 3.2.3 射线求交算法的实现
• 3.2.4 点云模型布尔运算的实现
• 3.2.5 基于点云模型的物体表面重构
• 3.2.6 加工后的STL 格式齿轮模型的存储
• 3.3 本章小结
• 第四章 齿轮切削运动可视化控制实现
• 4.1 传统机械式铣齿机的运动分析
• 4.2 传统机械式铣齿机到CNC 铣齿机的运动转换
• 4.3 CNC 铣齿机各运动轴表达式的求解算法
• 4.3.1 CNC 铣齿机各运动轴表达式系数算法的实现
• 4.3.2 计算实例
• 4.4 仿真系统运动控制
• 4.5 本章小结
• 第五章 螺旋锥齿轮切削仿真系统设计
• 5.1 螺旋锥齿轮切削仿真系统的结构
• 5.2 螺旋锥齿轮切削仿真系统的流程
• 5.3 仿真实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢