基于曲面细分的五轴数控加工刀具轨迹规划算法研究
发布时间：2021-11-18 04:19
复杂曲面加工一直以来是数控加工制造行业中的难点问题,其中涉及到的曲面微分几何信息、数控加工走刀行距、步长等也是众多学者研究的热点课题。五轴联动数控加工复杂曲面的刀具轨迹生成能力,直接关系到曲面加工质量和效率。对点云数据模型进行离散三角网格化、网格模型重建,再对三角网格曲面模型进行自适应细分,得到具有拓扑性、规则性的三角网格细分模型,它是生成刀具轨迹的前提。《中国制造2025》的提出,对制造业提出了更高的要求,因此研究网格细分曲面模型的五轴加工刀具轨迹生成算法,对数控技术的发展具有实用性的意义。本文分析了网格曲面模型的数据存储和拓扑重建原理以及曲面微分几何特性,介绍了点云数据模型信息,经过计算机处理可以将点云数据存储为具有三角形信息的STL文件。以网格半边结构存储三角单元信息,再将三角网格STL模型文件拓扑重建为网格模型,最后实现对三角网格曲面模型顶点法矢量和曲率的计算。对三角网格曲面进行细分,根据Loop细分规则和顶点坐标等信息,推导出网格曲面顶点与该顶点极限位置之间的距离公式,给定任意精度阈值ε时,讣算k值确定细分深度,提出误差控制的自适应细分曲面算法,从而解决复杂曲面模型细分问题。...
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１点云数据??Ｆｉｇ?２．１?Ｔｈｅ?ｐｏｉｎｔ?Ｃｌｏｕｄ?ｄａｔａ??
第二章曲面模型的三角网格重建及其特性分析?硕士研宂生学位论文??图２．２点ｓ数据的三角网格化??Ｆｉｇ２．２?Ｔｈｅ?ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｏｉｎｔ?ｃｌｏｕｄ?ｄａｔａ??２．３．２三角网格模型的数据结构??三角网格模型的数据结构信息如下：??（１）网格曲面模型的顶点坐标位置的几何信息，Ｋ?＝?＜ｊｖｐｖ２，…，Ｖ」，这里假设曲面??模型有《个顶点，顶点几何信息对应在炉空间中的位置。??（２）网格曲面模型上的三角面片的拓扑连接关系包含顶点、边和面的佶息，三角??而片每条边对应顶点的二元组，每个而对应顶点的有序三元组［３８］。若－个曲面模型有ｍ??个面，三角面片的三个顶点按照逆时针遍历，面片信息可列为Ｆ?＝?｛．／；，／２，…。??此外，曲面网格模型还可以包含其它信息如法矢量、纹理坐标等，这些信总一般与??某个顶点、边或者面关联。针对三角网格模型的处理操作，采用半边结构表示法，只需??较少的存储量便可以访问遍历整个模型［３９］。三角形的每？条边都有一个方向，所有的边??都形成一个有向的循环，因此半边结构表示是有意义的。半边结构也称为双向链接边表，??其基本思想是把一条无向的边拆分成两条有向的半边，乍边的方向在曲面模型中按逆时??针方向遍历，如图２．３所示。??ｏｒｉｇｉｎ（ｃ）??／Ｖ?／ｒｅｖ（ｃ）??Ｚ?＼?ｎｅｘｔ（ｅ）?＼??ｏｐｐｏｓｉｔｅ（ｅ）?＼?ｙ?＼??ｔａｒｇｅｔ（ｅ）??图２．３网格的半边结构??Ｆｉｇ?２．３?Ｔｈｅ?ｈａｌｆ－ｅｄｇｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｅｓｈ??每个三角形面片都包含三条半边，例如图２．３中三角形面的半边ｅ和半边〇ｐｐ〇Ｓｉｔｅ（ｅ）??
第二章曲面模型的三角网格重建及其特性分析?硕士研宂生学位论文??图２．２点ｓ数据的三角网格化??Ｆｉｇ２．２?Ｔｈｅ?ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｏｉｎｔ?ｃｌｏｕｄ?ｄａｔａ??２．３．２三角网格模型的数据结构??三角网格模型的数据结构信息如下：??（１）网格曲面模型的顶点坐标位置的几何信息，Ｋ?＝?＜ｊｖｐｖ２，…，Ｖ」，这里假设曲面??模型有《个顶点，顶点几何信息对应在炉空间中的位置。??（２）网格曲面模型上的三角面片的拓扑连接关系包含顶点、边和面的佶息，三角??而片每条边对应顶点的二元组，每个而对应顶点的有序三元组［３８］。若－个曲面模型有ｍ??个面，三角面片的三个顶点按照逆时针遍历，面片信息可列为Ｆ?＝?｛．／；，／２，…。??此外，曲面网格模型还可以包含其它信息如法矢量、纹理坐标等，这些信总一般与??某个顶点、边或者面关联。针对三角网格模型的处理操作，采用半边结构表示法，只需??较少的存储量便可以访问遍历整个模型［３９］。三角形的每？条边都有一个方向，所有的边??都形成一个有向的循环，因此半边结构表示是有意义的。半边结构也称为双向链接边表，??其基本思想是把一条无向的边拆分成两条有向的半边，乍边的方向在曲面模型中按逆时??针方向遍历，如图２．３所示。??ｏｒｉｇｉｎ（ｃ）??／Ｖ?／ｒｅｖ（ｃ）??Ｚ?＼?ｎｅｘｔ（ｅ）?＼??ｏｐｐｏｓｉｔｅ（ｅ）?＼?ｙ?＼??ｔａｒｇｅｔ（ｅ）??图２．３网格的半边结构??Ｆｉｇ?２．３?Ｔｈｅ?ｈａｌｆ－ｅｄｇｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｅｓｈ??每个三角形面片都包含三条半边，例如图２．３中三角形面的半边ｅ和半边〇ｐｐ〇Ｓｉｔｅ（ｅ）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂曲面零件数控加工的关键问题——解读《复杂曲面零件五轴数控加工理论与技术》[J]. 毕庆贞. 中国机械工程. 2018(14)
[2]金属板料数控渐成型与数控铣削的残余高度对比分析[J]. 张天虎. 世界有色金属. 2017(19)
[3]五轴联动刀具路径非均匀有理B样条曲线插补技术[J]. 蔡安江,王杰,李丽霞,赵丹. 科学技术与工程. 2017(09)
[4]基于2维流形的STL曲面网格重建算法[J]. 杨晟院,陈瑶,易飞,刘新. 软件学报. 2017 (12)
[5]环形刀加工凹曲面时避免欠切的刀具倾角计算[J]. 佟欣,刘献礼,李茂月,王广越,计伟. 哈尔滨理工大学学报. 2016(06)
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[8]采用半边编码的三角网格拓扑数据结构[J]. 张应中,谢馥香,罗晓芳,王钦瑞. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(02)
[9]面向数控加工的三角网格法矢量及曲率估算[J]. 杨旭静,赵秋艳,郑娟,王小芳. 机械科学与技术. 2015(03)
[10]Loop细分曲面精加工刀具轨迹生成[J]. 陈甜甜,赵罡. 北京航空航天大学学报. 2015(04)
博士论文
[1]复杂曲面网格模型的直接数控加工刀具轨迹生成与实验[D]. 文豪.广东工业大学 2017
硕士论文
[1]基于三角域的自适应细分曲面的构建[D]. 宫宁刚.西北农林科技大学 2017
[2]基于三角网格曲面的数控高速加工刀具轨迹规划研究[D]. 许都.湘潭大学 2016
[3]三角网格模型的等残留高度刀具轨迹规划及拟合[D]. 蔡光辉.湘潭大学 2015
[4]环形铣刀五轴数控加工切削力建模[D]. 牛红亮.太原科技大学 2015
[5]基于Loop细分的自适应刀具路径规划的研究[D]. 黄琴.湖南大学 2014
[6]复杂三角网格模型五轴数控加工刀具轨迹规划研究[D]. 祁杨停.华侨大学 2014
[7]基于Loop模式的自适应细分技术研究[D]. 张萌.山东大学 2013
[8]面向数控加工的三角网格法矢量与曲率计算方法研究[D]. 赵秋艳.湖南大学 2013
[9]复杂曲面检测路径规划及轮廓度误差评定方法研究[D]. 刘欣.天津大学 2012
[10]三角形网格曲面模型数控加工刀位点计算方法研究[D]. 胡津铭.湖南大学 2011
本文编号：3502191
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１点云数据??Ｆｉｇ?２．１?Ｔｈｅ?ｐｏｉｎｔ?Ｃｌｏｕｄ?ｄａｔａ??
第二章曲面模型的三角网格重建及其特性分析?硕士研宂生学位论文??图２．２点ｓ数据的三角网格化??Ｆｉｇ２．２?Ｔｈｅ?ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｏｉｎｔ?ｃｌｏｕｄ?ｄａｔａ??２．３．２三角网格模型的数据结构??三角网格模型的数据结构信息如下：??（１）网格曲面模型的顶点坐标位置的几何信息，Ｋ?＝?＜ｊｖｐｖ２，…，Ｖ」，这里假设曲面??模型有《个顶点，顶点几何信息对应在炉空间中的位置。??（２）网格曲面模型上的三角面片的拓扑连接关系包含顶点、边和面的佶息，三角??而片每条边对应顶点的二元组，每个而对应顶点的有序三元组［３８］。若－个曲面模型有ｍ??个面，三角面片的三个顶点按照逆时针遍历，面片信息可列为Ｆ?＝?｛．／；，／２，…。??此外，曲面网格模型还可以包含其它信息如法矢量、纹理坐标等，这些信总一般与??某个顶点、边或者面关联。针对三角网格模型的处理操作，采用半边结构表示法，只需??较少的存储量便可以访问遍历整个模型［３９］。三角形的每？条边都有一个方向，所有的边??都形成一个有向的循环，因此半边结构表示是有意义的。半边结构也称为双向链接边表，??其基本思想是把一条无向的边拆分成两条有向的半边，乍边的方向在曲面模型中按逆时??针方向遍历，如图２．３所示。??ｏｒｉｇｉｎ（ｃ）??／Ｖ?／ｒｅｖ（ｃ）??Ｚ?＼?ｎｅｘｔ（ｅ）?＼??ｏｐｐｏｓｉｔｅ（ｅ）?＼?ｙ?＼??ｔａｒｇｅｔ（ｅ）??图２．３网格的半边结构??Ｆｉｇ?２．３?Ｔｈｅ?ｈａｌｆ－ｅｄｇｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｅｓｈ??每个三角形面片都包含三条半边，例如图２．３中三角形面的半边ｅ和半边〇ｐｐ〇Ｓｉｔｅ（ｅ）??
第二章曲面模型的三角网格重建及其特性分析?硕士研宂生学位论文??图２．２点ｓ数据的三角网格化??Ｆｉｇ２．２?Ｔｈｅ?ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｏｉｎｔ?ｃｌｏｕｄ?ｄａｔａ??２．３．２三角网格模型的数据结构??三角网格模型的数据结构信息如下：??（１）网格曲面模型的顶点坐标位置的几何信息，Ｋ?＝?＜ｊｖｐｖ２，…，Ｖ」，这里假设曲面??模型有《个顶点，顶点几何信息对应在炉空间中的位置。??（２）网格曲面模型上的三角面片的拓扑连接关系包含顶点、边和面的佶息，三角??而片每条边对应顶点的二元组，每个而对应顶点的有序三元组［３８］。若－个曲面模型有ｍ??个面，三角面片的三个顶点按照逆时针遍历，面片信息可列为Ｆ?＝?｛．／；，／２，…。??此外，曲面网格模型还可以包含其它信息如法矢量、纹理坐标等，这些信总一般与??某个顶点、边或者面关联。针对三角网格模型的处理操作，采用半边结构表示法，只需??较少的存储量便可以访问遍历整个模型［３９］。三角形的每？条边都有一个方向，所有的边??都形成一个有向的循环，因此半边结构表示是有意义的。半边结构也称为双向链接边表，??其基本思想是把一条无向的边拆分成两条有向的半边，乍边的方向在曲面模型中按逆时??针方向遍历，如图２．３所示。??ｏｒｉｇｉｎ（ｃ）??／Ｖ?／ｒｅｖ（ｃ）??Ｚ?＼?ｎｅｘｔ（ｅ）?＼??ｏｐｐｏｓｉｔｅ（ｅ）?＼?ｙ?＼??ｔａｒｇｅｔ（ｅ）??图２．３网格的半边结构??Ｆｉｇ?２．３?Ｔｈｅ?ｈａｌｆ－ｅｄｇｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｅｓｈ??每个三角形面片都包含三条半边，例如图２．３中三角形面的半边ｅ和半边〇ｐｐ〇Ｓｉｔｅ（ｅ）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂曲面零件数控加工的关键问题——解读《复杂曲面零件五轴数控加工理论与技术》[J]. 毕庆贞. 中国机械工程. 2018(14)
[2]金属板料数控渐成型与数控铣削的残余高度对比分析[J]. 张天虎. 世界有色金属. 2017(19)
[3]五轴联动刀具路径非均匀有理B样条曲线插补技术[J]. 蔡安江,王杰,李丽霞,赵丹. 科学技术与工程. 2017(09)
[4]基于2维流形的STL曲面网格重建算法[J]. 杨晟院,陈瑶,易飞,刘新. 软件学报. 2017 (12)
[5]环形刀加工凹曲面时避免欠切的刀具倾角计算[J]. 佟欣,刘献礼,李茂月,王广越,计伟. 哈尔滨理工大学学报. 2016(06)
[6]对等间距法逼近三次样条曲线的再研究[J]. 张林华,赵庆志,张兴武,郭丽红,孙启本. 机床与液压. 2016(23)
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[8]采用半边编码的三角网格拓扑数据结构[J]. 张应中,谢馥香,罗晓芳,王钦瑞. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(02)
[9]面向数控加工的三角网格法矢量及曲率估算[J]. 杨旭静,赵秋艳,郑娟,王小芳. 机械科学与技术. 2015(03)
[10]Loop细分曲面精加工刀具轨迹生成[J]. 陈甜甜,赵罡. 北京航空航天大学学报. 2015(04)
博士论文
[1]复杂曲面网格模型的直接数控加工刀具轨迹生成与实验[D]. 文豪.广东工业大学 2017
硕士论文
[1]基于三角域的自适应细分曲面的构建[D]. 宫宁刚.西北农林科技大学 2017
[2]基于三角网格曲面的数控高速加工刀具轨迹规划研究[D]. 许都.湘潭大学 2016
[3]三角网格模型的等残留高度刀具轨迹规划及拟合[D]. 蔡光辉.湘潭大学 2015
[4]环形铣刀五轴数控加工切削力建模[D]. 牛红亮.太原科技大学 2015
[5]基于Loop细分的自适应刀具路径规划的研究[D]. 黄琴.湖南大学 2014
[6]复杂三角网格模型五轴数控加工刀具轨迹规划研究[D]. 祁杨停.华侨大学 2014
[7]基于Loop模式的自适应细分技术研究[D]. 张萌.山东大学 2013
[8]面向数控加工的三角网格法矢量与曲率计算方法研究[D]. 赵秋艳.湖南大学 2013
[9]复杂曲面检测路径规划及轮廓度误差评定方法研究[D]. 刘欣.天津大学 2012
[10]三角形网格曲面模型数控加工刀位点计算方法研究[D]. 胡津铭.湖南大学 2011
本文编号：3502191
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