數(shù)控加工仿真技術(shù)是數(shù)控加工系統(tǒng)中的關鍵技術(shù),其不僅可以驗證刀具路徑的正確性和加工程序是否可行,而且可以分析計算出工件的幾何加工誤差,以便于處理工件加工“過切”和“欠切”問題。隨著先進制造業(yè)的發(fā)展,加工的零件變得越來越復雜,對數(shù)控加工仿真技術(shù)也提出了更高的要求。相比于傳統(tǒng)的NUBRS造型方法,細分曲面建模方法不需要經(jīng)過求交和裁剪等操作,就可以高效構(gòu)建具有任意拓撲結(jié)構(gòu)的光滑曲面,而且其離散網(wǎng)格的本質(zhì)更加便于進行數(shù)控加工刀具軌跡的計算和數(shù)控加工仿真的實施。鑒于細分曲面模型在復雜曲面設計和加工制造方面具有一定的優(yōu)勢,細分曲面在動畫、影視制作、數(shù)控加工等領域得到了廣泛的應用。但是目前關于細分曲面的數(shù)控加工仿真技術(shù)研究較少,為此,本文以Catmull-Clark細分曲面為基礎,利用細分曲面的多分辨特性,對數(shù)控加工仿真的相關問題進行研究,具體研究內(nèi)容如下:（1）研究Catmull-Clark細分曲面的數(shù)控加工仿真毛坯模型的建立方法。根據(jù)加工模型的數(shù)據(jù),結(jié)合Z-MAP方法,建立包圍加工模型的長方體毛坯模型;并根據(jù)不同加工階段加工模型具有不同的表示精度,對毛坯模型上表面進行網(wǎng)格加密,提出毛坯模型多分辨率... 

【文章來源】：大連交通大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．?１?Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｃｌａｒｋ細分曲面模型??

加工仿真中。Ｚ－ＭＡＰ模型首先將??實體模型投影到ＸＹ平面上，找到包圍投影區(qū)域的最小矩形，根據(jù)給定精度對矩形進行??網(wǎng)格劃分，Ｚ－ＭＡＰ模型記錄了每個在ＸＹ平面上的網(wǎng)格點的Ｚ方向的值，通過記錄二維??數(shù)組來表示三維模型，大大簡化了模型，降低了計算量。Ｚ－ＭＡＰ模型的各個Ｚ方向的??值可以用公式Ｚ（ｘ，＿ｙ；）?＝厶表示，其中ｘ和ｙ是該點的行列索引值。Ｚ－ＭＡＰ模型由于數(shù)??據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，可以方便快速的提取任意ＸＹ平面上點的Ｚ方向值，對于龐大的點云數(shù)據(jù)??結(jié)構(gòu)的數(shù)控加工仿真有重要意義。如圖２．?１所示為Ｚ－ＭＡＰ模型。??測量點??圖２．?１?Ｚ－ｍａｐ模型??Ｆｉｇ?２．１?Ｚ－ｍａｐ?ｍｏｄｅｌ??Ｚ－ＭＡＰ模型包括Ｃ－結(jié)構(gòu)和Ｒ－結(jié)構(gòu)，Ｃ－結(jié)構(gòu)記錄每相近行的網(wǎng)格點關系，Ｒ－結(jié)構(gòu)記??錄實體模型相鄰行的關系。Ｚ－ＭＡＰ模型在數(shù)控加工仿真中通過留一定的余量來反映毛??坯形狀，但是如果仿真精度高，網(wǎng)格的劃分會變的比較密，這樣數(shù)據(jù)點會增加很多，則??效率降低。文獻精簡了?Ｚ－ＭＡＰ模型，不僅能夠滿足精度要求，而且還能準確反映毛??坯幾何形狀。精簡方法主要思路是對于起伏不大部分的網(wǎng)格劃分比較稀疏，對于起伏劇??烈的部分網(wǎng)格劃分緊密。??２．１．２數(shù)控加工仿真可視化方法??數(shù)控加工仿真常用的可視化方法有：Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法、輪廓顯示法、多邊形顯示法。??（１）Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的模型是建立在視線方向上的，假設ＸＯＹ平面是屏幕，那么垂直??屏幕的方向是Ｚ向方向，根據(jù)精度要求對ＸＯＹ平面進行網(wǎng)格劃分，將坐標（Ａ，％）向??Ｚ方向投影，可能與加工工件有交點也可能與工件沒有交點。如果射線與工件有交點，??那么將各個交點的Ｚ值按照由遠到

?第二章數(shù)控加工仿真基礎理論???Ｄｅｘｅｌ模型分別沿ｘ和ｙ網(wǎng)格點連接Ｄｅｘｅｌ面的兩組平行輪廓，其中每組輪廓相當于物體??模型關于ｘ和ｙ軸的一系列剖切面，由于構(gòu)成輪廓的多邊形各頂點的坐標值以及顏色值??己知，工件Ｄｅｘｅｌ模型的顯示就可利用普通處理圖形硬件顯示這組輪廓。??（３）多邊形顯示法??Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的缺點是只能在特定的方向顯示毛胚以及刀具的切削過程，不支持一定??方向的動態(tài)變更；輪廓顯示法雖然可以克服Ｚ－ｂｕｆｆｅｒ法的視角單一性，但渲染圖像粗糙，??輪廓間容易出現(xiàn)裂痕；多邊形渲染法可利用Ｚ－ＭＡＰ或Ｄｅｘｅｌ模型生成多邊形，并利用３Ｄ??圖形卡的多邊形渲染引擎得到生成多邊形。所以，多邊形渲染法對于自由曲面數(shù)控加工??具有廣泛的應用。??２．２刀具及刀具掃描體基礎理論??２．２．１刀具建模方法??ｒ￣ｌ＿?￣ｈ￣?ｒ＿＿＿ｎ??卜?Ｒ．－??＞７?Ｔ１?ｖ?ｔＺ——＿??ａ）環(huán)形銑刀二維模型?ｂ）球頭銑刀二維模型?ｃ）平底銑刀二維模型??圖２．?２三種刀具二維模型??Ｆｉｇ?２．２?Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｔｏｏｌｓ??數(shù)控加工仿真的刀具中環(huán)形銑刀的形狀最具普遍性，如圖２．２?（ａ）是環(huán)形銑刀的二??維模型，１環(huán)形銑刀的參數(shù)Ｒ和參數(shù)ｒ相等時，則可以得到球頭銑刀的刀具模喂，如閣??２．２?（ｂ）所示。環(huán)形銑刀模型的參數(shù)ｒ＝０時，則可以得刀平頭刀刀具模乳如圖２．２??（ｃ）所示。??９??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于OpenGL的高速銑削加工三維仿真研究[J]. 戴成秋,劉安民.  工業(yè)控制計算機. 2015(08)
[2]虛擬數(shù)控銑削幾何及物理仿真系統(tǒng)的研究[J]. 葛江華,王合龍,王亞萍,張晶,隋秀凜.  自動化技術(shù)與應用. 2013(05)
[3]基于B-rep的工件表面動態(tài)幾何模型[J]. 張霞,楊岳.  計算技術(shù)與自動化. 2012(03)
[4]基于OpenGL的五軸數(shù)控銑削仿真[J]. 晏升輝,張海鷗,王桂蘭,周火金.  機械制造. 2012(02)
[5]面向數(shù)控粗加工的自適應細分[J]. 原恩桃,廖文和,劉浩.  計算機集成制造系統(tǒng). 2008(11)
[6]Loop細分曲面的數(shù)控粗加工刀具路徑生成方法[J]. 梁偉文.  深圳職業(yè)技術(shù)學院學報. 2007(03)
[7]基于混合式八叉樹模型的數(shù)控加工幾何仿真[J]. 吳宏,杜建銘,贠敏.  系統(tǒng)仿真學報. 2004(04)
[8]細分曲面的NC刀軌生成算法及實現(xiàn)[J]. 鐘大平,周來水,王占東,周海.  東南大學學報(自然科學版). 2004(01)
[9]Catmull-Clark細分曲面的誤差分析[J]. 曾曉明,楊軍.  廈門大學學報(自然科學版). 2004(01)
[10]Doo-Sabin曲面NC刀具的并行軌跡計算[J]. 戴軍富,秦開懷.  計算機輔助設計與圖形學學報. 2003(05)

博士論文
[1]細分曲面數(shù)控加工關鍵技術(shù)研究[D]. 原恩桃.南京航空航天大學 2010
[2]并行化數(shù)控編程和加工仿真關鍵技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D]. 余湛悅.南京航空航天大學 2003
[3]細分曲面關鍵技術(shù)研究[D]. 王占東.南京航空航天大學 2003
[4]數(shù)控加工仿真關鍵技術(shù)研究與軟件開發(fā)[D]. 伍鐵軍.南京航空航天大學 2001

碩士論文
[1]基于Z-Map仿真模型的銑削加工精度評價[D]. 賴坤.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[2]基于Catmull-Clark模式的細分曲面NC刀具軌跡生成技術(shù)[D]. 趙建民.大連理工大學 2008
[3]遞歸分割曲面NC加工中的刀位數(shù)據(jù)計算及仿真算法研究[D]. 張子賢.哈爾濱工業(yè)大學 2008
[4]基于插值細分的自由曲面重建及刀具軌跡仿真[D]. 金初云.浙江工業(yè)大學 2007
[5]細分曲面在CAM中的關鍵技術(shù)研究[D]. 陸云芳.浙江大學 2007



本文編號：3561657