多轴数控加工刀位轨迹的生成技术综述

对多轴数控加工中无干涉刀位轨迹算法进行了较全面和详细的论述。总结了刀具干涉的类型、干涉的消除算法和刀位优化算法，指出了这些算法存在的优缺点。在此基础上，还指出了刀具干涉处理和刀位优化两方面研究仍存在的问题。     

从测量的散乱数据点云直接生成数控刀具路径的研究

提出了一种直接从测量的散乱数据点云用球头刀对自由曲面进行三轴数控加工时生成刀具路径的方法。不同于现有散乱点云基于逆向工程的刀具路径生成方法,本法考虑并估计了曲面加工误差和粗糙度。将散乱数据点云向XY平面投影,以获得的投影边界为刀具路径的主方向,然后根据曲面所需的加工误差和残留高度要求划分该投影数据点云,得到一系列刀位网格单元。通过最小化每个刀位网格单元的加工误差以确定每个刀位网格的节点位置,加权平均相关联刀位网格节点来对齐相邻刀位网格单元的边缘。为了缩短加工时间,裁去刀位路径上多余的线段,最终生成高效合理的数控加工刀具路径。已用实测的数据点云验证了本法直接生成刀具路径的有效性。     

基于散乱数据的粗加工刀具路径生成

构建了基于散乱数据的粗加工刀具路径生成模型。零件粗加工采用分层切削加工的方法。首先基于扩展自组织特征映射神经网络构建的三角形网格模型实现测量点云压缩后的Delaunay三角逼近剖分;然后对三角形网格进行偏置,得到被加工曲面的多面体模型;之后在各切削层根据二维等值平面图的拓扑结构,确定各切削层的有效加工区域;最后根据二维平面加工的原理进行刀位规划,得到粗加工刀具路径。实验表明所构建的基于散乱数据的粗加工刀具路径生成模型有效可行。     

基于散乱测量数据点的三轴数控粗加工刀位轨迹生成算法

提出了一种直接利用三维散乱测量数据点的三轴数控粗加工刀位轨迹生成算法。首先根据切层深度作一组垂直于Z轴的平面,去截取测量点云,得到一系列切层截面点集,再在每个切层面上组环并判断加工区域,规划出刀位轨迹,将每一分层平面上的刀位轨迹按适当的方式连接起来,就可构成零件的整体加工轨迹。该算法避免了由测量点构造曲面且由曲面来进行刀位轨迹生成的这一复杂过程。     

由测量数据点直接生成刀位轨迹的方法研究

随着激光测量、三坐标测量技术的发展,对测得的数据点直接进行刀位规划和加工,在计算速度、加工可靠性以及加工效率方面比传统加工方式有了较大的提高。本文对基于测量数据的刀位轨迹生成技术的研究状况进行了概括和总结,阐述了直接由点云数据生成刀位轨迹的关键技术,并指出了各种方法的优缺点。     

由测量数据点直接生成刀位轨迹的方法研究

随着激光测量、三坐标测量技术的发展,对测得的数据点直接进行刀位规划和加工,在计算速度、加工可靠性以及加工效率方面比传统加工方式有了较大的提高.本文对基于测量数据的刀位轨迹生成技术的研究状况进行了概括和总结,阐述了直接由点云数据生成刀位轨迹的关键技术,并指出了各种方法的优缺点.     

自由曲面数控加工刀位轨迹生成方法的研究

依据逆向工程中自由曲面造型理论,结合数控编程中等距面法和参数线法,给出了一种较为简便的数控加工刀位轨迹生成方法。     

数控加工中基于自由曲面表面特性的刀具路径安排

目前CNC上的轨迹控制功能仍主要是直线和圆弧插补,因此当加工自由曲面时,大多只能采用直线或圆弧逼近算法来对曲线进行逼近处理。针对数控加工的实际需求,现在数控系统技术人员对数控机床插补器进行研究并开发出了许多曲线和曲面插补功能。基于曲线插补,在保持进给速度尽可能恒定的条件下,对刀位路径和刀位速度进行离线的曲线拟合,以便于得到用于数控加工的刀位文件。这种方法能有效解决进给速度的波动问题,并能有效压缩刀位文件。为此,提出几种算法来拟合刀位路径和刀位速度轮廓曲线。曲线和曲面插补在数控代码数据量和逼近误差方面都有较大的改善。     

自由曲面5轴数控加工刀位轨迹的生成算法

应用计算几何技术来决定优化的刀具定位和刀具姿态以实现环形刀的5轴自由曲面数控加工。环形刀起切削作用的环形部分曲率半径的变化范围更大,而且刀具姿态随曲率而变化。这些特性使得该方法比平底刀且固定刀具姿态的加工方法更优越。分三部分来实现：①优化刀具定位和刀具姿态。②刀具轨迹规划。③干涉检测。     

散乱噪声点云的数据分割

提出基于边界曲线微分几何特征的新方法分割散乱噪声点云.改进TAUBIN方法以精确恢复散乱噪声数据的主曲率和主方向.通过分析散乱点在主方向的曲率变化,达到识别G1、G2连续边界点的目的.获得的边界点形成边界带,将点云分割为多块子区域.最后采用区域增长的方法提取各子区域.试验结果表明所提出的方法能够克服噪声影响,有效提取散乱噪声点云的G1、G2边界.对复杂曲面模型,该方法也能够直接获得较好的G2连续边界.     

一种新的散乱数据边界点提取方法

综合采用了邻域和平面上提取边界点的思想 ,提出了一种新的在二维平面上提取边界点的方法 ;并在曲面局部近似一个平面的前提下把它推广到三维空间 ,从而形成了一种可直接在三维空间对任意复杂形状曲面进行边界点提取的 3D方法     

散乱数据点三角网格综合优化及分析

研究了在散乱数据点的三角网格划分后，对三角网格进行三角形形状和网格空间形状综合优化的方法，并结合应用实例进行优化效果分析。分析结果表明，通过对这种综合优化方法可同时获得三角形形状和网格空间形状都很好的网格拓扑结构。     

基于测量步距的散乱点云k近邻搜索算法

提出了一种基于测量步距d的k近邻快速搜索算法。该算法根据三维测量原理,综合考虑了测量数据的密度ρ和测量误差δ,给出了散乱点云数据的临界搜索半径r,极大地缩小了k近邻的搜索区域。考虑到邻近点数k的取值,弹性地改变搜索半径r以满足不同k值的需要,实现散乱点云数据k近邻的快速最优搜索。     

离散数据点集的3D三角划分算法研究

在实物测量造型过程中,根据离散点集进行三角网格划分是其关键环节之一,也是进行后续进行曲面重构的前提和基础。本文在当前的三角网格划分方法比较之后,提出了一种散乱点集的三角网生长算法,该算法无须对离散点集所对应的自由曲面进行分片投影,直接在3D空间从已划分区域边界到未划分区域按照Delaunay准则生成三角网格,并给出了用此算法处理散乱数据的试验结果。     

一种基于RBF隐式曲面的离散数据快速重建方法

本文针对空间散乱数据, 提出一种基于RBF（Radial Basis Function）隐式模型的快速曲面重建方法,并实现了隐式曲面的可视化。三维离散数据由于分布稠密、不均匀,空间拓扑结构未知的特点,本文首先强调大规模散乱数据预处理的重要性。通过基于空间法向量约束和主元分析两种方法进行数据简化和特征提取。其次采用K-d tree数据结构进行空间数据分割,将全局模型转化为局部的RBF模型,从而通过求解线性方程组得到模型的权值系数。最后在局部交叠空间光滑拼接,得到一个代数表达形式的光滑曲面。实验结果表明,该方法适用于任意复杂物体的三维曲面重建,而且具有较高的重建精度。     

基于散乱点的全自动四边形网格剖分方法

提出一种基于散乱点的全自动三维非结构化四边形网格剖分方法。对散乱点进行自适应预处理，包括冗余点的自动删除和模型边界提取。使用改进节点计算和铺路面相交搜索处理的铺路算法，自动生成全四边形网格。该方法可有效地控制生成网格单元的尺寸和质量，网格模型满足有限元分析的要求。与常规的基于CAD几何信息的网格生成方法相比，该方法避免了繁琐的模型修补问题，可快速生成高质量的全四边形网格模型。算例证明了该方法的有效性和实用性。     

Tool-Path Generation for Fractal Curve Making

Many fractal generation methods have been developed and used to create an image of a natural scene. Nonlinear dynamic systems employ fractal theory for population growth. Fractals have also been used to model chaotic problems. In numerical control (NC) machining, fractal curves have been used in tool-path generation. Although the visualisation of fractal geometry has been successfully demonstrated by computer graphics, a manufacturing method for physical fractal objects is not available. Moreover, contemporary computer-aided design (CAD) systems consider only Euclidean geometry and none of them addresses fractal geometry. Fractal curves have been used in tool-path planning for Euclidean objects, but there is no report on rapid prototyping (RP) of objects defined in fractal geometry. In the paper, a new data structure, called the radial–annular tree (RAT) structure, is proposed and implemented to bridge the gaps between CAD, RP, and fractal geometry. A typical fractal curve, the Koch snowflake curve, will be examined in detail. Based on the RAT representation, higher-level fractal curves can be generated more efficiently, and repeated information can be represented concisely. Traversal algorithms are also devised to generate a maximally connected tool path directly. The tool path can then be used to generate a physical fractal curve without any additional conversion.     

Robust Spiral Tool-Path Generation for Arbitrary Pockets

When converting CC data (cutter contact point data) into CL data (cutter location data) for tool-path generation for arbitrary pockets, overcut avoidance plays an important role in CNC pocket milling. Complicated calculations of the self-intersections in the offset of spiral cutting is one of the main considerations in some algorithms. This study presents a quasi-offset method to solve complicated self-intersection calculations. Instead of using offsetting methods, the proposed method uses the location points and their track types to generate the son loop. The proposed quasi-offset method also makes it much easier to generate spiral tool paths.     

基于二维Delaunay近邻的空间散乱数据曲面重建算法

给出了一种新的散乱数据曲面重建算法。算法基于曲面的局平特性，通过二维Delaunay三角剖分到三维空间的映射，快速查找空间任意点的Delaunay近邻，然后根据散乱数据重建三角网格中顶点互为Delaunay近邻的原理，进行曲面拓扑重建。应用新的求解κ-近邻和二维Delaunay近邻的算法，提高了曲面重建的算法效率。实验表明，该算法高效、稳定，对不均匀数据有较好的适用性。     

一种受约束的散乱点三角划分方法

提出了一种基于区域分割的方法来解决受任意边界、孔域、特征线约束的二维散乱点的三角划分问题。该方法分两个步骤 ,第一步实现散乱点的初始三角形连接 ,第二步实现三角形网格优化。在初始三角形连接中 ,每连接一个三角形 ,将待划分区域分为两至三个较小的区域 ,然后分别对每个区域内的散乱点进行三角划分 ,这样一直迭代下去 ,直至没有新区域出现为止。本方法不仅能解决非凸边界、孔域、特征线嵌入等三角划分中的难点 ,而且其计算量也少