網(wǎng)格曲面數(shù)控加工編程封閉模型分型線提取方法

萬 濤（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，武漢 430000）

網(wǎng)格曲面數(shù)控加工編程封閉模型分型線提取方法

萬 濤
（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，武漢 430000）

目前，數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展還不夠完善，實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)復(fù)雜網(wǎng)格曲面分型線提取中還存在著效率不高、精度不夠的問題，本文結(jié)合封閉自由曲面的幾何特點(diǎn)與拓?fù)湫畔ⅲ岢隽嗽谕队胺ǖ幕A(chǔ)上進(jìn)行的分型線提取算法。在對(duì)封閉模型進(jìn)行分型提取時(shí)，可以依據(jù)幾何特點(diǎn)，使用設(shè)計(jì)封閉自由曲面凸模與凹模幾何模型的辦法來得到分型，再對(duì)分型點(diǎn)進(jìn)行排序的過程中使用一環(huán)鄰域點(diǎn)搜索法，最終獲得分型線。

數(shù)控加工；網(wǎng)格曲面；分型線；封閉模型

1　前言

目前，CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）技術(shù)與CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)發(fā)展迅速，文物修復(fù)、航空宇航制造、生物醫(yī)學(xué)仁心仁術(shù)制備與模具設(shè)計(jì)加工等領(lǐng)域已經(jīng)廣泛的應(yīng)用了網(wǎng)格曲面這種加工方法。網(wǎng)格曲面加工主要通過數(shù)控加工來實(shí)現(xiàn)，在數(shù)控加工支撐添加與數(shù)控加工刀軌編輯等方面都有分型線的應(yīng)用，其對(duì)數(shù)控加工自動(dòng)化的發(fā)展有著重要作用。

在自由曲面加工時(shí)，最常使用的輔助曲線就是分型線，不過目前分型線提取技術(shù)還不夠成熟，一般只應(yīng)用于規(guī)則模型，在提取網(wǎng)格曲面的分型線時(shí)往往不能做到高效與精確。近年來，模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)τ诜中途€的研究很多，不過很多提取分型的算法都無法應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，所以研究復(fù)雜網(wǎng)格曲面如何有效提取分型對(duì)加工編程有著重要意義。

2　提取分型線方法

依據(jù)不同的分型線生成方式可以將其分成五類：射線探測(cè)法、特征表面分組法、最大投影輪廓拉伸法、三角剖分可見性分析法與切片法。在對(duì)網(wǎng)格曲面的應(yīng)用過程中，最大投影輪廓拉伸法的表達(dá)和提取都不太容易，使用切片法提取自由曲面的分型線時(shí)的精度不足，目前主要使用特征表面分組法。特征識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步給曲面分型線的提取帶來了很大的進(jìn)步，它主要依據(jù)模型的拓?fù)潢P(guān)系與幾何特點(diǎn)將模型表面分為不同種類，再給邊界線進(jìn)行組合優(yōu)化還提取分型線，不過在復(fù)雜網(wǎng)格曲面進(jìn)行分型線提取時(shí)，很難對(duì)模型表面特征進(jìn)行分組。特殊表面分組法中有一種特殊的方法--可見性分析法，這種方法在表面特征分組時(shí)使用三角面片特征做為輔助工具，結(jié)合分模方向與三角面片法線方向來判斷三角面片可見性并依此進(jìn)行分組，最后組合不同組別的邊界提取分型線。不過當(dāng)某個(gè)自由曲面的特征分組時(shí)出現(xiàn)孤立三角面片部位時(shí)，提取精度會(huì)受到影響，可能通過補(bǔ)加工來補(bǔ)救。可見性分析法中還包括了另一種特殊的方法--射線探測(cè)法，它通過z一map還確定復(fù)雜曲面的可見性，網(wǎng)格越多，提取出的分型線的精度越高，不過在提高分型線精度增加網(wǎng)格數(shù)量的同時(shí)，也使得計(jì)算變得困難。

目前的分型線提取方法都沒有網(wǎng)格曲面的幾何特征與拓?fù)湫畔⒂行У慕Y(jié)合起來，從而提高分型線的提高精度與效率。本文在滿足數(shù)控加工的要求的前提下，結(jié)合提取復(fù)雜曲面分型線的特點(diǎn)與難點(diǎn)，提出借助三角網(wǎng)格拓?fù)湫畔?duì)封閉曲面進(jìn)行分型線提取的計(jì)算方法，以期拋磚引玉，提高數(shù)控加工的效率。

3　提取分型線

將曲面參數(shù)化的辦法有很多，其中投影法應(yīng)用比較廣泛，可以經(jīng)過對(duì)原始模型的投影得到簡(jiǎn)化后的信息，能有效的避免得到孤立三角面片區(qū)域的情況。z一map也是一種將信息通過投影進(jìn)行參數(shù)化的方法，它的操作過程是先要在投影平面上面建立一個(gè)規(guī)則的棋盤網(wǎng)格，再使用模型和網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)求交來得到離散模型，網(wǎng)格密度越大得到的離散模型越高，筆者為了使用得到的分型線提取精度不受網(wǎng)格密度影響，使用了map結(jié)點(diǎn)。

3.1封閉模型注塑分模模型

把融化的塑料注入凸模與凹模的空間里，凝固之后可以獲得凸模與凹模內(nèi)部空間的物體，這種加工方法就是注塑加工，其中，分型線就是凸模面與凹模面的分界線，它是模型外面的閉合曲線。通過注塑模型的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)得到的凸模與凹模的模型，再提取凸模面與凹模面的界線是可以得到封閉模型分型線的一種可靠方式。

3.2提取封閉模型的分型線

設(shè)置離散的凸模與凹模的數(shù)學(xué)模型是提取封閉模型過程必不可少的步驟，結(jié)合離散凸模與凹模數(shù)學(xué)模型上分型點(diǎn)的特點(diǎn)獲得分型線。在設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型時(shí)，要把原模型的三角網(wǎng)格頂點(diǎn)在平面A與平面A上投影，因此，原模型的某個(gè)頂點(diǎn)和平面B與平面A中的兩個(gè)投影點(diǎn)X與Y是一樣的。依據(jù)凸模與凹模的數(shù)學(xué)特點(diǎn)，計(jì)算分型點(diǎn)的方法是：

使用公式（1）提取的分型點(diǎn)沒有順序性，使用搜索一環(huán)鄰域點(diǎn)可以排序。

4　結(jié)語

本文結(jié)合封閉模型的特點(diǎn)，研究了新的封閉模型分型點(diǎn)的計(jì)算方法，給網(wǎng)格曲面提取分型點(diǎn)提供了新的思路，希望能使數(shù)控加工編程更快的發(fā)展，以滿足更多模型自動(dòng)化生產(chǎn)的需求，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.017

萬濤（1981-），男，湖北武漢人，碩士，講師，研究方向:數(shù)控技術(shù)。