基于多分辨率网格分割的细分曲面数控加工仿真技术研究
发布时间：2022-01-01 04:51
数控加工仿真技术是数控加工系统中的关键技术,其不仅可以验证刀具路径的正确性和加工程序是否可行,而且可以分析计算出工件的几何加工误差,以便于处理工件加工“过切”和“欠切”问题。随着先进制造业的发展,加工的零件变得越来越复杂,对数控加工仿真技术也提出了更高的要求。相比于传统的NUBRS造型方法,细分曲面建模方法不需要经过求交和裁剪等操作,就可以高效构建具有任意拓扑结构的光滑曲面,而且其离散网格的本质更加便于进行数控加工刀具轨迹的计算和数控加工仿真的实施。鉴于细分曲面模型在复杂曲面设计和加工制造方面具有一定的优势,细分曲面在动画、影视制作、数控加工等领域得到了广泛的应用。但是目前关于细分曲面的数控加工仿真技术研究较少,为此,本文以Catmull-Clark细分曲面为基础,利用细分曲面的多分辨特性,对数控加工仿真的相关问题进行研究,具体研究内容如下:（1）研究Catmull-Clark细分曲面的数控加工仿真毛坯模型的建立方法。根据加工模型的数据,结合Z-MAP方法,建立包围加工模型的长方体毛坯模型;并根据不同加工阶段加工模型具有不同的表示精度,对毛坯模型上表面进行网格加密,提出毛坯模型多分辨率...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１?Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｃｌａｒｋ细分曲面模型??
加工仿真中。Ｚ－ＭＡＰ模型首先将??实体模型投影到ＸＹ平面上，找到包围投影区域的最小矩形，根据给定精度对矩形进行??网格划分，Ｚ－ＭＡＰ模型记录了每个在ＸＹ平面上的网格点的Ｚ方向的值，通过记录二维??数组来表示三维模型，大大简化了模型，降低了计算量。Ｚ－ＭＡＰ模型的各个Ｚ方向的??值可以用公式Ｚ（ｘ，＿ｙ；）?＝厶表示，其中ｘ和ｙ是该点的行列索引值。Ｚ－ＭＡＰ模型由于数??据结构简单，可以方便快速的提取任意ＸＹ平面上点的Ｚ方向值，对于庞大的点云数据??结构的数控加工仿真有重要意义。如图２．?１所示为Ｚ－ＭＡＰ模型。??测量点??图２．?１?Ｚ－ｍａｐ模型??Ｆｉｇ?２．１?Ｚ－ｍａｐ?ｍｏｄｅｌ??Ｚ－ＭＡＰ模型包括Ｃ－结构和Ｒ－结构，Ｃ－结构记录每相近行的网格点关系，Ｒ－结构记??录实体模型相邻行的关系。Ｚ－ＭＡＰ模型在数控加工仿真中通过留一定的余量来反映毛??坯形状，但是如果仿真精度高，网格的划分会变的比较密，这样数据点会增加很多，则??效率降低。文献精简了?Ｚ－ＭＡＰ模型，不仅能够满足精度要求，而且还能准确反映毛??坯几何形状。精简方法主要思路是对于起伏不大部分的网格划分比较稀疏，对于起伏剧??烈的部分网格划分紧密。??２．１．２数控加工仿真可视化方法??数控加工仿真常用的可视化方法有：Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法、轮廓显示法、多边形显示法。??（１）Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的模型是建立在视线方向上的，假设ＸＯＹ平面是屏幕，那么垂直??屏幕的方向是Ｚ向方向，根据精度要求对ＸＯＹ平面进行网格划分，将坐标（Ａ，％）向??Ｚ方向投影，可能与加工工件有交点也可能与工件没有交点。如果射线与工件有交点，??那么将各个交点的Ｚ值按照由远到
?第二章数控加工仿真基础理论???Ｄｅｘｅｌ模型分别沿ｘ和ｙ网格点连接Ｄｅｘｅｌ面的两组平行轮廓，其中每组轮廓相当于物体??模型关于ｘ和ｙ轴的一系列剖切面，由于构成轮廓的多边形各顶点的坐标值以及颜色值??己知，工件Ｄｅｘｅｌ模型的显示就可利用普通处理图形硬件显示这组轮廓。??（３）多边形显示法??Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的缺点是只能在特定的方向显示毛胚以及刀具的切削过程，不支持一定??方向的动态变更；轮廓显示法虽然可以克服Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的视角单一性，但渲染图像粗糙，??轮廓间容易出现裂痕；多边形渲染法可利用Ｚ－ＭＡＰ或Ｄｅｘｅｌ模型生成多边形，并利用３Ｄ??图形卡的多边形渲染引擎得到生成多边形。所以，多边形渲染法对于自由曲面数控加工??具有广泛的应用。??２．２刀具及刀具扫描体基础理论??２．２．１刀具建模方法??ｒ￣ｌ＿?￣ｈ￣?ｒ＿＿＿ｎ??卜?Ｒ．－??＞７?Ｔ１?ｖ?ｔＺ——＿??ａ）环形铣刀二维模型?ｂ）球头铣刀二维模型?ｃ）平底铣刀二维模型??图２．?２三种刀具二维模型??Ｆｉｇ?２．２?Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｔｏｏｌｓ??数控加工仿真的刀具中环形铣刀的形状最具普遍性，如图２．２?（ａ）是环形铣刀的二??维模型，１环形铣刀的参数Ｒ和参数ｒ相等时，则可以得到球头铣刀的刀具模喂，如阁??２．２?（ｂ）所示。环形铣刀模型的参数ｒ＝０时，则可以得刀平头刀刀具模乳如图２．２??（ｃ）所示。??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于OpenGL的高速铣削加工三维仿真研究[J]. 戴成秋,刘安民. 工业控制计算机. 2015(08)
[2]虚拟数控铣削几何及物理仿真系统的研究[J]. 葛江华,王合龙,王亚萍,张晶,隋秀凛. 自动化技术与应用. 2013(05)
[3]基于B-rep的工件表面动态几何模型[J]. 张霞,杨岳. 计算技术与自动化. 2012(03)
[4]基于OpenGL的五轴数控铣削仿真[J]. 晏升辉,张海鸥,王桂兰,周火金. 机械制造. 2012(02)
[5]面向数控粗加工的自适应细分[J]. 原恩桃,廖文和,刘浩. 计算机集成制造系统. 2008(11)
[6]Loop细分曲面的数控粗加工刀具路径生成方法[J]. 梁伟文. 深圳职业技术学院学报. 2007(03)
[7]基于混合式八叉树模型的数控加工几何仿真[J]. 吴宏,杜建铭,贠敏. 系统仿真学报. 2004(04)
[8]细分曲面的NC刀轨生成算法及实现[J]. 钟大平,周来水,王占东,周海. 东南大学学报(自然科学版). 2004(01)
[9]Catmull-Clark细分曲面的误差分析[J]. 曾晓明,杨军. 厦门大学学报(自然科学版). 2004(01)
[10]Doo-Sabin曲面NC刀具的并行轨迹计算[J]. 戴军富,秦开怀. 计算机辅助设计与图形学学报. 2003(05)
博士论文
[1]细分曲面数控加工关键技术研究[D]. 原恩桃.南京航空航天大学 2010
[2]并行化数控编程和加工仿真关键技术的研究与实现[D]. 余湛悦.南京航空航天大学 2003
[3]细分曲面关键技术研究[D]. 王占东.南京航空航天大学 2003
[4]数控加工仿真关键技术研究与软件开发[D]. 伍铁军.南京航空航天大学 2001
硕士论文
[1]基于Z-Map仿真模型的铣削加工精度评价[D]. 赖坤.哈尔滨工业大学 2013
[2]基于Catmull-Clark模式的细分曲面NC刀具轨迹生成技术[D]. 赵建民.大连理工大学 2008
[3]递归分割曲面NC加工中的刀位数据计算及仿真算法研究[D]. 张子贤.哈尔滨工业大学 2008
[4]基于插值细分的自由曲面重建及刀具轨迹仿真[D]. 金初云.浙江工业大学 2007
[5]细分曲面在CAM中的关键技术研究[D]. 陆云芳.浙江大学 2007
本文编号：3561657
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１?Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｃｌａｒｋ细分曲面模型??
加工仿真中。Ｚ－ＭＡＰ模型首先将??实体模型投影到ＸＹ平面上，找到包围投影区域的最小矩形，根据给定精度对矩形进行??网格划分，Ｚ－ＭＡＰ模型记录了每个在ＸＹ平面上的网格点的Ｚ方向的值，通过记录二维??数组来表示三维模型，大大简化了模型，降低了计算量。Ｚ－ＭＡＰ模型的各个Ｚ方向的??值可以用公式Ｚ（ｘ，＿ｙ；）?＝厶表示，其中ｘ和ｙ是该点的行列索引值。Ｚ－ＭＡＰ模型由于数??据结构简单，可以方便快速的提取任意ＸＹ平面上点的Ｚ方向值，对于庞大的点云数据??结构的数控加工仿真有重要意义。如图２．?１所示为Ｚ－ＭＡＰ模型。??测量点??图２．?１?Ｚ－ｍａｐ模型??Ｆｉｇ?２．１?Ｚ－ｍａｐ?ｍｏｄｅｌ??Ｚ－ＭＡＰ模型包括Ｃ－结构和Ｒ－结构，Ｃ－结构记录每相近行的网格点关系，Ｒ－结构记??录实体模型相邻行的关系。Ｚ－ＭＡＰ模型在数控加工仿真中通过留一定的余量来反映毛??坯形状，但是如果仿真精度高，网格的划分会变的比较密，这样数据点会增加很多，则??效率降低。文献精简了?Ｚ－ＭＡＰ模型，不仅能够满足精度要求，而且还能准确反映毛??坯几何形状。精简方法主要思路是对于起伏不大部分的网格划分比较稀疏，对于起伏剧??烈的部分网格划分紧密。??２．１．２数控加工仿真可视化方法??数控加工仿真常用的可视化方法有：Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法、轮廓显示法、多边形显示法。??（１）Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的模型是建立在视线方向上的，假设ＸＯＹ平面是屏幕，那么垂直??屏幕的方向是Ｚ向方向，根据精度要求对ＸＯＹ平面进行网格划分，将坐标（Ａ，％）向??Ｚ方向投影，可能与加工工件有交点也可能与工件没有交点。如果射线与工件有交点，??那么将各个交点的Ｚ值按照由远到
?第二章数控加工仿真基础理论???Ｄｅｘｅｌ模型分别沿ｘ和ｙ网格点连接Ｄｅｘｅｌ面的两组平行轮廓，其中每组轮廓相当于物体??模型关于ｘ和ｙ轴的一系列剖切面，由于构成轮廓的多边形各顶点的坐标值以及颜色值??己知，工件Ｄｅｘｅｌ模型的显示就可利用普通处理图形硬件显示这组轮廓。??（３）多边形显示法??Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的缺点是只能在特定的方向显示毛胚以及刀具的切削过程，不支持一定??方向的动态变更；轮廓显示法虽然可以克服Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的视角单一性，但渲染图像粗糙，??轮廓间容易出现裂痕；多边形渲染法可利用Ｚ－ＭＡＰ或Ｄｅｘｅｌ模型生成多边形，并利用３Ｄ??图形卡的多边形渲染引擎得到生成多边形。所以，多边形渲染法对于自由曲面数控加工??具有广泛的应用。??２．２刀具及刀具扫描体基础理论??２．２．１刀具建模方法??ｒ￣ｌ＿?￣ｈ￣?ｒ＿＿＿ｎ??卜?Ｒ．－??＞７?Ｔ１?ｖ?ｔＺ——＿??ａ）环形铣刀二维模型?ｂ）球头铣刀二维模型?ｃ）平底铣刀二维模型??图２．?２三种刀具二维模型??Ｆｉｇ?２．２?Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｔｏｏｌｓ??数控加工仿真的刀具中环形铣刀的形状最具普遍性，如图２．２?（ａ）是环形铣刀的二??维模型，１环形铣刀的参数Ｒ和参数ｒ相等时，则可以得到球头铣刀的刀具模喂，如阁??２．２?（ｂ）所示。环形铣刀模型的参数ｒ＝０时，则可以得刀平头刀刀具模乳如图２．２??（ｃ）所示。??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于OpenGL的高速铣削加工三维仿真研究[J]. 戴成秋,刘安民. 工业控制计算机. 2015(08)
[2]虚拟数控铣削几何及物理仿真系统的研究[J]. 葛江华,王合龙,王亚萍,张晶,隋秀凛. 自动化技术与应用. 2013(05)
[3]基于B-rep的工件表面动态几何模型[J]. 张霞,杨岳. 计算技术与自动化. 2012(03)
[4]基于OpenGL的五轴数控铣削仿真[J]. 晏升辉,张海鸥,王桂兰,周火金. 机械制造. 2012(02)
[5]面向数控粗加工的自适应细分[J]. 原恩桃,廖文和,刘浩. 计算机集成制造系统. 2008(11)
[6]Loop细分曲面的数控粗加工刀具路径生成方法[J]. 梁伟文. 深圳职业技术学院学报. 2007(03)
[7]基于混合式八叉树模型的数控加工几何仿真[J]. 吴宏,杜建铭,贠敏. 系统仿真学报. 2004(04)
[8]细分曲面的NC刀轨生成算法及实现[J]. 钟大平,周来水,王占东,周海. 东南大学学报(自然科学版). 2004(01)
[9]Catmull-Clark细分曲面的误差分析[J]. 曾晓明,杨军. 厦门大学学报(自然科学版). 2004(01)
[10]Doo-Sabin曲面NC刀具的并行轨迹计算[J]. 戴军富,秦开怀. 计算机辅助设计与图形学学报. 2003(05)
博士论文
[1]细分曲面数控加工关键技术研究[D]. 原恩桃.南京航空航天大学 2010
[2]并行化数控编程和加工仿真关键技术的研究与实现[D]. 余湛悦.南京航空航天大学 2003
[3]细分曲面关键技术研究[D]. 王占东.南京航空航天大学 2003
[4]数控加工仿真关键技术研究与软件开发[D]. 伍铁军.南京航空航天大学 2001
硕士论文
[1]基于Z-Map仿真模型的铣削加工精度评价[D]. 赖坤.哈尔滨工业大学 2013
[2]基于Catmull-Clark模式的细分曲面NC刀具轨迹生成技术[D]. 赵建民.大连理工大学 2008
[3]递归分割曲面NC加工中的刀位数据计算及仿真算法研究[D]. 张子贤.哈尔滨工业大学 2008
[4]基于插值细分的自由曲面重建及刀具轨迹仿真[D]. 金初云.浙江工业大学 2007
[5]细分曲面在CAM中的关键技术研究[D]. 陆云芳.浙江大学 2007
本文编号：3561657
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