凸轮式自动换刀机械手(ATC)是近年来CNC加工中心采用最多的换刀装置,其中使用的凸轮即是弧面凸轮。其凸轮廓面是按最佳动力性能的运动规律设计的,具有很高的分度精度和良好的动力学性能。然而在实际的应用中,由于弧面凸轮的工作轮廓面非常复杂,我国生产的加工中心上所装配的这种ATC装置,整个部件都是从国外进口的。要实现凸轮式ATC的国产化,凸轮的设计和加工就显得尤为迫切。 本文通过对一种弧面凸轮的测量数据的处理,利用反求工程曲面重构技术,对弧面凸轮的工作轮廓面进行设计建模,为弧面凸轮的加工制造提供基础。在全面分析国内外反求工程领域研究现状的基础上,本文以反求工程中的曲面重构为研究重点,对曲面重构的交互建模技术进行了深入研究。 在曲面重构中,采用良好的数据结构,能有效地提高重构运算速度,同时也可为后续曲面建模和模型分析等提供必要的几何信息。要获得良好的数据结构,就必须对数据进行预处理。本文对数据的预处理主要从“点云”数据的噪声点剔除,数据平滑以及通过估算曲率法精简“点云”数据等几个方面进行研究。通过预处理数据之后,可以有效的提高曲面重构效率,改善自由曲线曲面模型质量。文中论述的数据处理方法的原理和算法步骤,通过实例验证了有效性。 以B样条数学模型为基础,本文提出了带能量项的最小二乘法拟合曲线和曲面的方法,并利用带能量项的最小二乘拟合曲线方法,提出了对扫描数据的蒙皮法逼近曲面的方法。针对B样条曲线的光顺问题,论述了能量最小化的曲线光顺算法。论文对曲线光顺的原理和算法步骤作了详细描述,并以实例验证了可行性。整个研究工作为复杂曲面的反求设计打下了良好基础。