面向数控加工的三角网格法矢量与曲率计算方法研究

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数控加工作为一种高精度、高效率的先进制造技术,被广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、机床和模具等制造工业领域。在面向由三角网格构成的曲面模型的数控加工中,网格曲面各点处的法矢量和曲率计算精度对网格曲面数控加工刀具路径设计的质量和加工精度具有重要影响。本文围绕网格曲面法矢量和网格曲面曲率两个几何量的计算精确度展开研究,旨在提高刀具路径刀位点的设计计算精度和数控加工精度。论文主要完成了以下工作:首先,本文引入形状因子,提出形状面积权重法计算三角网格节点法矢量,并通过实例对比验证了此方法的精确性和稳定性。通过对相邻节点的法矢量进行非线性插值计算网格边线上点的法矢量。在得出三角网格曲面各个点的法矢量后,讨论刀触点法矢量精确度、稳定性与刀具路径光顺性、加工平稳性、曲面加工精度的关系。其次,基于网格节点法矢量值对Taubin曲率计算方法进行优化,简化了三角形内部点的线性插值公式以计算三角网格曲面的曲率,并讨论曲率计算精度和稳定性对三角网格曲面数控加工弦高误差、残留高度、切削步长、切削行距的影响。以经过冲压成形有限元分析处理后的网格模型为例,验证了改进后的方法提高了网格节点曲率值的计算精度和稳定性。最后,结合三角网格曲面法矢量计算值和曲率计算值,采用等残留高度法合理地对三角网格曲面进行刀具路径设计。数控加工实例仿真与分析的结果表明本方法能够有效地提高三角网格曲面刀具路径中的刀位点设计计算精度和加工精度,对CAE/CAM集成具有重要意义。
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