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作者：

祁杨停

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摘要：

五轴数控加工技术相比三轴加工技术具有不可比拟的优势,已成为复杂曲面的主要加工手段之一。三角网格模型在快速原型制造和逆向工程等领域中得到了广泛应用,三角网格模型三轴数控加工研究已较为成熟。然而针对复杂三角网格模型的五轴数控加工研究还不充分,其中存在的难点主要有如何提高全局干涉检测效率,确保刀轴矢量平稳过渡以及生成复杂三角网格模型五轴数控刀具轨迹等。因此,在三角网格模型的拓扑结构重建和微分几何信息计算的基础上,本文针对复杂三角网格模型,围绕全局干涉检测及避免、刀轴矢量优化和五轴数控刀具轨迹规划等内容开展研究工作。主要工作包括:(1)研究了全局干涉快速检测方法。基于K-D树和刀具离散表示建立高效的模型数据搜索结构,并提出全局干涉快速检测及避免算法。由搜索结构快速查找干涉点,加快了模型搜索速度,从而提高了全局干涉检测效率。(2)研究了刀轴矢量优化方法。为避免相邻刀轴矢量的剧烈变化,以及刀轴矢量与机床主轴的夹角过大的问题,在已有方法基础上提出分角度区域的刀轴矢量优化策略,对同一轨迹上的相邻刀轴矢量进行优化,并相对机床主轴进行刀轴矢量修正,实现了刀轴的平稳过渡。(3)根据复杂三角网格模型及五轴数控加工的特点,对投影偏置法加以改进,提出五轴数控等残留刀具轨迹生成方法。基于刀触点法矢建立刀触点偏置模型,并对刀触轨迹存在的折线、波动、冗余和自交等缺陷进行光顺处理。基于以上研究成果,开发了复杂三角网格模型五轴数控刀具轨迹规划算法程序,运行实例验证了上述算法的可行性。本文的创新点在于:1、建立高效的模型搜索结构,提出全局干涉快速检测及避免算法,提高了全局干涉检测效率;2、提出分角度区域的刀轴矢量优化策略,实现了刀轴矢量的平稳过渡;3、改进投影偏置法,解决了刀触点在网格表面上的偏置问题。4、基于K-D树和投影求交法提出了轨迹自交的快速判断方法。

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关键词：

三角网格模型 五轴数控加工 全局干涉 刀轴矢量 刀具轨迹 Triangular mesh model 5-axis NC machining Globalinterference Tool orientation Tool path