基于逆向工程的叶轮建模及CAM研究

发布时间：2017-03-22 10:06

  本文关键词：基于逆向工程的叶轮建模及CAM研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：逆向工程是根据已经存在的产品或模型,通过三维测量设备获得其表面点云数据,经过处理之后,根据点云拟合得到三维CAD模型,继而将这些模型用于产品的分析、制造和创新的过程。本文在基于逆向工程的设计基础上,对叶轮叶片逆向建模的去噪技术进行了研究,并提出了面向加工的曲面拟合,并对其数控加工刀具选择和路径生成进行了验证。点云数据的预处理是逆向工程的一项重要的技术环节,而预处理过程中点云去噪的质量对后续的曲面建模会有直接的影响,对此在文中系统的阐述了点云数据预处理的技术流程,对数据点云的去噪及光顺处理的一些方法进行了对比,对数据处理算法上进行了改进。针对课题研究对象的点云特征的提出了分段去噪光顺处理的方法,先将点云中的大噪声及冗余数据进行去除,并进行相应的精简,然后在此基础上利用改进的分段曲率检查法对其进行了处理;并且利用局部拐角点云光顺的方法对点云进行了光顺处理,避免了整体光顺过程中对点云特征的破坏。得到了满意的点云处理效果。曲面的CAD模型重构是逆向工程的研究重点之一,而数控加工是在三维模型的基础上进行的,这两者是紧密联系在一起的。在当前的逆向工程曲面重构的过程中未考虑到其与后续的加工过程的联系与影响。这就会在使后期的数控加工过程中出现加工精度达不到拟合精度,过切和干涉等一系列问题,影响最终得到的产品的质量。在本次的研究中,在系统阐述曲面重构的原理与方法的基础上通过对叶轮叶片进行逆向造型建模,分析了曲面重构过程中曲面的构成形式及拟合方法与数控加工的联系及其对数控的影响,提出了基于数控加工的曲面拟合方法,这样得到的模型既达到了逆向工程模型重建的精度要求,同时又保证了数控加工的顺利进行。最后,对得到的模型进行了数控加工的验证,对数控刀具的选择以及刀具路径轨迹生成的策略及方法等进行了探索,对其数控加工的路径轨迹生成进行了模拟,得到了粗加工与精加工的刀具路径的模拟轨迹。
【关键词】：逆向工程 点云去噪 曲面重构 刀具路径 数控加工
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH122;TP391.7;TG659
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 引言12
• 1.1 逆向工程的简介12-14
• 1.1.1 逆向工程的背景12-13
• 1.1.2 逆向工程的主要步骤13-14
• 1.1.3 逆向工程当前存在的主要问题14
• 1.2 逆向工程的发展趋势14-15
• 1.3 逆向工程的应用及意义15-16
• 1.3.1 逆向工程的应用15-16
• 1.3.2 逆向工程的意义16
• 1.4 国内外研究概况16-18
• 1.5 课题的提出18-19
• 1.6 论文的主要研究内容及文章组织19-20
• 1.7 本章小节20-21
• 第二章 点云数据的获取及预处理21-41
• 2.1 点云数据的获取方法21-24
• 2.1.1 数据获取的意义21
• 2.1.2 接触式测量21-22
• 2.1.3 非接触式测量22-23
• 2.1.4 激光三角测量原理23-24
• 2.2 常见的点云数据类型24-26
• 2.3 点云数据预处理26-39
• 2.3.2 点云的简化及去除大噪声27-29
• 2.3.3 改进的分段曲线曲率偏差检查法29-36
• 2.3.4 点云数据的光顺36-39
• 2.3.5 点云数据的补齐39
• 2.4 叶片点云数据预处理39-40
• 2.5 本章小节40-41
• 第三章 面向制造的模型重构41-58
• 3.1 曲面造型重构方法41-43
• 3.1.1 逆向造型基本流程41-42
• 3.1.2 拟合的概念42-43
• 3.2 基于NURBS曲面的模型重构43-46
• 3.2.1 B样条和NURBS曲线曲面数学定义及性质43-44
• 3.2.2 NURBS曲线曲面44-46
• 3.2.3 NURBS方法的优点缺点46
• 3.3 NURBS曲线曲面的反算拟合46-48
• 3.3.1 曲面插值拟合46-47
• 3.3.2 NURBS曲面反算拟合47-48
• 3.4 面向制造的曲面拟合48-50
• 3.4.1 曲面拟合方式与数控加工的联系48-49
• 3.4.2 曲面构成与刀具磨损的关系49-50
• 3.5 叶轮叶片的逆向建模50-55
• 3.5.1 直接点云拟合曲面误差分析50-51
• 3.5.2 拟合截面曲线51-53
• 3.5.3 创建曲面及模型重构53-55
• 3.6 模型精度分析55-57
• 3.6.1 误差分析55-56
• 3.6.2 整体曲率分析56-57
• 3.7 本章小节57-58
• 第四章 数控加工工艺及刀具路径的选择研究58-79
• 4.1 叶轮的特点和数控加工关键问题分析58
• 4.2 刀具的选择58-62
• 4.2.1 主要刀具介绍58-60
• 4.2.2 平头立铣刀的特点60-61
• 4.2.3 平头铣刀的有效半径61-62
• 4.2.4 加工效率分析62
• 4.3 数控加工中的切削用量的选择62-63
• 4.4 刀具轨路径迹的生成及规划63-70
• 4.4.1 与刀具轨迹相关的几个概念63-64
• 4.4.2 刀具轨迹生成策略64-65
• 4.4.3 刀具轨迹的生成方法65-67
• 4.4.4 基于等残留高度法的刀触点轨迹规划67-70
• 4.5 叶轮的数控加工70-78
• 4.5.1 加工工艺分析70
• 4.5.2 模型的导入及坐标系生成70-72
• 4.5.3 创建加工刀具72
• 4.5.4 刀具路径的生成72-77
• 4.5.5 刀具路径的后处理77-78
• 4.6 本章小节78-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 5.1 论文总结79
• 5.2 未来工作的展望79-81
• 参考文献81-85
• 附录85-87
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果87-88
• 致谢88-89

【参考文献】

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本文编号：261293