复合三角Bezier曲面/平面跟踪求交算法及几点改进

针对复合三角Bezier曲面的特点及其与平面求交中各种情况的详尽分析,对原有跟踪求交算法存在的问题进行改进,对曲面片边界曲线与平面重合等特殊情况进行处理,提高了原有算法的稳定性,在曲面裁剪、截面交线计算和数控加工编程等实际应用中取得了良好的效果。     

裁剪NURBS组合曲面精加工方法

从工程实际应用出发,提出一种适合裁剪ＮＵＲＢＳ组合曲面整体加工的精加工截平面刀具轨迹生成算法,根据曲面的形状规则一组满足加工精度的平面,与裁剪ＮＵＲＢＳ曲面的等距面求交,在截面上对交线进行排序、妆和裁剪等处理,生成无干涉刀具轨迹。解决了组合曲面加工编程中曲面之间存在断开、裂缝、局部搭接现象的刀具轨迹生成问题,实践表明,算法速度快、稳定性好。     

三角Bézier曲面快速求交算法

提出一种三角Bézier曲面快速求交算法,该算法采用R*S-树建立三角Bézier曲面的动态空间索引结构,基于该索引结构快速获取相交区域三角Bézier曲面片集,通过设定离散精度阀值,在逼近精度允许范围内将相交三角Bézier曲面片均匀离散为三角网格,采用R*S-树建立离散后三角网格的动态空间索引结构,通过网格单元间的求交获取交线数据,进而通过查询共端点交线数据跟踪提取三角Bézier曲面的完整交线,实例证明该算法在逼近精度允许范围内可快速、准确获取任意复杂三角Bézier曲面交线,并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。     

基于多信息体素空间划分的高效自由曲面分层算法

随着多自由度增材制造技术的发展,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,提出基于多信息体素空间划分的高效鲁棒的自由曲面分层算法。通过将三角面片表面体素化,快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统算法的平方复杂度降低为线性复杂度,解决了以往曲面分层算法难以处理大尺寸复杂模型的问题。根据三角网格邻接边的拓扑连续性避免同一轮廓环交点在不同求交条件下的重复计算,解决交点重复求交过程因为浮点数计算误差导致的点扩散问题,获取正确曲面轮廓交线环。最后对交线环内部的曲面进行三角剖分,获取曲面内部信息,得到曲面分层结果。测试了不同模型的圆柱面、球面、自由曲面等类型的曲面分层处理以及算法运行时间,验证了本算法的高效性和正确性。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上对螺旋桨模型进行加工试验,证明了本算法的实用性。     

基于离散模型的曲面光顺性分析算法

在曲面均匀三角化的基础上对曲面品质分析算法进行了改进。对裁剪曲面的均匀三角化算法进行了改进，利用格子生长法实现了裁剪曲面三角化，提高了曲面三角化的效率。在此基础上改进了曲面光顺性分析中反射线和高亮线场量值计算和曲面分析中等值线的构造方法，使得场量值的几何意义更加直观，对于多条平行直线光源的场量值计算更加高效。在反求工程软件RE-SOFT中的使用表明，该算法快速、稳定，绘制的等值线可以反映曲面的品质。     

三角Bézier曲面数控精加工刀轨快速生成算法

为了解决三角Bézier曲面精加工刀轨生成效率低以及存在的刀轨干涉等问题,提出一种基于三角Bézier曲面的数控精加工刀轨快速生成算法,该算法引入动态索引组织三角Bézier面片的拓扑近邻关系,基于该索引快速获取与刀轨截平面相交的三角Bézier面片集,对其中任一相交面片进行初始交点迭代计算,从初始交点开始跟踪迭代获取跨越三角Bézier面片的完整交线,将获得的有序交线各端点作为刀触点获取相应刀位点,依据刀触点处曲面法矢与刀杆矢量的关系快速确定可能存在干涉的区域,进而对干涉区域刀位点进行调整获取无干涉刀位点,顺次连接各刀位点生成数控加工刀轨,实例证明该算法可对任意复杂三角Bézier曲面精确、快速生成数控加工刀轨,并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。     

参数曲面与平面的精确求交及其应用

提出了一种参数曲面与平面的精确求交新方法。此方法基于平面的半空间性质，通过参数域平面内的二向线性插值，将求交问题转化为一系列简单的离散、判断、比较和排序等运算，能较好地解决常规求交算法中曲面片内的交线不连续和交线丢失问题。由于该算法简便可靠、计算精度高，在自由曲面数控加工编程中具有广泛的应用场合，对提高航空、航天和汽车等领域的自由曲面数控加工精度具有重要的现实意义。     

裁剪NURBS曲面数控加工刀轨干涉处理

提出一种基于裁剪NURBS组合曲面的适合于球头刀、平底刀、圆角刀的刀具轨迹干涉检查和消除的算法,该算法将裁剪风景区面用三角片逼近表示,将刀具轨迹干涉检查和消除问题转化为刀具曲面与三角片的几何相关性测试,通过建立裁剪NURBS曲面的包围盒等方法进行干涉预处理,提高了干涉处理速度;推导出不需离散刀具曲面的干涉量计算方法,提高了干涉量计算精度,实践表明,该算法快速、精确、稳定,通用性好。     

基于MMR的三角网格曲面五轴加工刀轨生成算法

为了提高三角网格曲面五轴加工的加工效率,提出了基于最大材料去除率(maximal materialremoval rate,MMR)的平底刀五轴加工刀轨生成算法。首先计算无曲率干涉且具有最大材料去除率的网格曲面五轴加工的刀具方位角;然后在确定网格曲面可能干涉区域的基础上,提出刀触点处干涉性假设,并以最大材料去除率、刀具无曲率干涉和全局干涉为约束条件,采用二分法确定具有最大材料去除率的无干涉刀具方位角;最后采用截面线法生成三角网格曲面MMR平底刀五轴加工刀轨。通过实验验证了采用文中算法生成的刀轨进行加工能够获得较高的加工效率和表面质量。     

保持参数分布状态的有限元变形网格B样条曲面重建算法

针对变形前后的有限元网格模型及原始曲面模型,提出一种保持参数分布状态的B样条曲面重建算法。在裁剪区域,通过对原始曲面进行平移、延伸、截取及重新参数化等操作,构造初始拟合曲面;在非裁剪区域,在垂直于大曲率边界的参数方向上插入截面线并重新参数化两条大曲率边界,用双向蒙皮的方法重建拟合曲面。然后进入重新参数化网格点和重新拟合曲面的迭代过程,直至满足终止准则。在曲面迭代修改过程中,通过计算基函数的极值点给出一种更精确的欠约束区域判定方法;利用插值四边/三角细分算法细化粗糙网格模型,补充约束条件,提高拟合曲面的光顺性;借助拟合曲面补充边界约束条件,结合网格点插值和形状保持约束,改进裁剪曲面的拟合精度。实验结果验证了算法的有效性。     

复杂曲面模具测量、造型与加工一体化系统——3MS

介绍了复杂曲面模具测量、造型与加工一体化系统（３ＭＳ）的结构和主模块功能，重点分析了ＣＡＭ模块的设计思想。该系统是基于复杂曲面模具测量、造型和制造一体化的概念而开发的，其核心包括散乱数据的三角划分及其网格优化、三角曲面造型和刀具加工轨迹生成等模块。     

三角网格上Bezier曲面光滑构造研究

介绍了基于三维三角曲面插值网格,通过对曲面内部控制点引入参数表示构造整体光滑曲面模型的一种方法,简单有效地实现了若干三角曲面的光滑拼接,算法稳定、可靠。     

基于拓扑关系的交线快速生成方法

三角网格是逆向工程中常用的数据模型。由于模型拓扑关系的复杂性，目前在网格模型的交线生成过程中数据点排序与分离存在诸多缺陷。提出了一种利用网格模型拓扑关系的交线生成与分离算法，该算法充分利用了网格模型的拓扑关系，对各种拓扑类型的数据点完成排序、分离，实现任意复杂拓扑关系的交线生成，为逆向工程中曲线框架的构造提供了依据。     

Constant cusp toolpath generation in configuration space based on offset curves

Constant cusp is a common strategy for generating tool paths in many NC machining applications. Cusps need to be regulated to ensure high precision without wasting machining efforts. Constant cusp strategies frequently operate on NURBS surfaces or triangular meshes and, thus, have to deal with the issues of patch-boundary oscillations or long, stretched triangles. To avoid these issues, one can operate in a pre computed configuration space (c-space). The c-space is given in form of a regular quadrilateral heightfield mesh, which may be adaptively subdivided, where the slope is large. This simple data structure is memory efficient and is widely used in CAD/CAM frameworks. In this paper we introduce an algorithm for creating a constant cusp tool path with the help of a given c-space. The constant cusp algorithm iteratively produces curves in the c-space by fitting a tube around the current curve and intersecting the tube with the c-space mesh to detect the subsequent curve. As tool paths are handed to the machine controller in form of point sequences, it suffices to operate on piecewise linear curves. The tube becomes a concatenation of cylinders, which we derive using geometric considerations. In each iteration of the constant cusp algorithm, intersection points of the cylinders with the not yet traversed part of the mesh are detected and checked for their validity. The validity check can efficiently remove global or local self-intersections of the new curve by just deleting the respective points. In a final step, the detected intersection points are connected to form constant cusp tool paths. Dealing with piecewise linear curves, we achieve low computation times for real-world data sets.     

直线与多面体求交加速算法及其应用研究

用计算机仿真机械零件由毛坯到成品的切削过程，可以有效解决试切问题。本文研究一种用于ＮＣ校正的加速算法。介绍了Ｒａｙ－Ｒｅｐ算法，在分析三角形平面分割方法特点的基础上提出了对于三角形平面进行预处理的方法。这种加速算法的实质是对三角形平面集合进行了一种类似于“聚类分析”的分类处理。本文还建立了这种加速算法的概率模型，分析了此模型的概率特性。理论推导表明，基于此模型的加速算法其速度至少提高三倍，与实际运行结果相吻合。     

截面包络法加工复杂螺旋面的几何仿真算法

以截面包络法数控加工螺旋面为例,给出了一种基于啮合基本定理的点接触包络加工表面的几何仿真算法。通过分析数控加工中刀具与工件的相对进给运动,得到刀触点的啮合方程式,由此可求得加工表面上的刀触点—几何仿真点。几何仿真的计算结果,用于螺杆加工的编程误差分析取得了良好的效果,对于提高数控编程精度具有重要意义     

薄板冲压成形中基于数控轨迹点的全自动四边形网格生成

基于模具型腔表面的数控轨迹点,提出了一种适用于薄板冲压成 形计算机仿真的全自动四边形网格生成方法。该方法首先利用最大弦长偏差法删除冗余轨迹 点,接着根据相邻特征曲线插值法来重新分布轨迹点,最后生成四边形网格。算法简单、稳 定,能处理任意无孔洞冲压模具型腔表面的数控加工轨迹点的自动四边形网格生成问题。     

平面凸轮曲线的等线速度数控磨削方法

在极坐标式NC磨床上磨削封闭式凸轮轮廓曲线时，凸轮的半径变化率和砂轮的大直径是影响磨削质量的主要因素。为了解决砂轮干涉及磨削点处线速度变化影响磨削表面粗糙度的问题，提出了极坐标下砂轮磨削点轨迹的等步长插补方法。该方法可用于任何具有C^1连续性的正则曲线。     

基于细分曲面数控刀位轨迹的生成

阐述了基于细分曲面数控加工刀具轨迹的生成方法,主要包括求交点的算法和对交点进行优化处理的算法,该方法具有一定的可行性和实用性。