基于點(diǎn)的幾何模型及其CAD-CAM應(yīng)用研究.pdf

1、CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，大大加速了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造進(jìn)程，是提升制造業(yè)競爭力的根本方式。幾何模型是CAD/CAM應(yīng)用的核心和基礎(chǔ)，線框模型、曲面模型和實(shí)體模型作為CAD/CAM系統(tǒng)中的常規(guī)模型，得到了成熟而廣泛的應(yīng)用，滿足了大量產(chǎn)品的應(yīng)用需求。但仍存在一些具有復(fù)雜外形的產(chǎn)品，在應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造時(shí)，很難用常規(guī)的幾何模型表示，或是即使能用常規(guī)幾何模型表示，也難以進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計(jì)修改和數(shù)控編程操作。隨著測量技術(shù)的發(fā)展，

2、高效高精度地獲取物體表面數(shù)據(jù)成為可能，物體表面點(diǎn)集成為逆向工程應(yīng)用的前提，點(diǎn)作為描述幾何的基本體素，是曲線曲面表達(dá)和應(yīng)用的基礎(chǔ)，同時(shí)，由點(diǎn)集表示物體幾何在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域興起了研究熱潮并得到日益廣泛的應(yīng)用?；邳c(diǎn)的幾何模型，簡稱點(diǎn)模型，以物體表面數(shù)據(jù)點(diǎn)集表示產(chǎn)品幾何，并通過對點(diǎn)集的直接操作實(shí)現(xiàn)CAD/CAM功能，有常規(guī)幾何模型所沒有的特性，可以應(yīng)用于CAD/CAM，完成某些產(chǎn)品的高效設(shè)計(jì)制造。 鞋楦是制鞋的模具，傳統(tǒng)的鞋楦生產(chǎn)方

3、式嚴(yán)重制約了我國鞋業(yè)的發(fā)展，將CAD/CAM技術(shù)引入鞋楦的設(shè)計(jì)與制造，是變革我國制楦業(yè)的根本方式。如何有效的表示鞋楦幾何，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)適用的設(shè)計(jì)修改和數(shù)控編程功能，是實(shí)現(xiàn)鞋楦CAD/CAM的關(guān)鍵。 本文從CAD/CAM應(yīng)用角度，以基于點(diǎn)的幾何模型作為研究對象，對其相關(guān)理論、技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并在以下方面取得了創(chuàng)新性成果： 1.根據(jù)當(dāng)前CAD/CAM技術(shù)和數(shù)據(jù)測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，結(jié)合基于點(diǎn)的幾何模型在計(jì)算

4、機(jī)圖形學(xué)中的研究與應(yīng)用，首次提出了應(yīng)用于CAD/CAM的基于點(diǎn)的幾何模型。給出了基于點(diǎn)的幾何模型的定義及其CAD/CAM應(yīng)用流程，分析了模型初始數(shù)據(jù)的獲取方式，研究了模型精度的評價(jià)方法，根據(jù)點(diǎn)模型的結(jié)構(gòu)特征和后續(xù)應(yīng)用特點(diǎn)，將點(diǎn)模型分為非規(guī)則化點(diǎn)模型和規(guī)則化點(diǎn)模型，分別研究了模型固有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、幾何屬性的計(jì)算和點(diǎn)的插入與精簡等方法。 2.給出了適用于點(diǎn)模型的平移、旋轉(zhuǎn)、比例、等距等幾何變換操作；通過變形區(qū)域和變形函數(shù)思想，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)

5、模型的局部修改功能；通過生成點(diǎn)模型八叉樹，進(jìn)而進(jìn)行空單元模型內(nèi)外部區(qū)分和邊界單元模型內(nèi)外部計(jì)算，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)模型的CSG功能；通過設(shè)置過渡區(qū)域?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)模型的組合設(shè)計(jì)。這些CAD方法是點(diǎn)模型應(yīng)用于CAD/CAM的必要基礎(chǔ)。3.點(diǎn)模型沒有連續(xù)的幾何表示，只能通過離散的點(diǎn)位信息計(jì)算刀具軌跡，在分析了當(dāng)前基于常規(guī)CAD模型和直接基于點(diǎn)的CAM方法后，給出了適用于規(guī)則化點(diǎn)模型的參數(shù)線加工方法和通用的點(diǎn)模型刀具軌跡計(jì)算方法，并就加工仿真和相應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備

6、作了探討。 4.點(diǎn)模型在產(chǎn)品中的具體應(yīng)用，需要通過CAD/CAM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，基于點(diǎn)的CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)，除了需要遵循軟件工程的方法外，重要的是圖形系統(tǒng)的開發(fā)，在給出了系統(tǒng)框架和功能需求后，提出了從底層做起、基于CAD/CAM開發(fā)平臺、基于通用CAD/CAM系統(tǒng)和基于逆向軟件等四種開發(fā)方法，根據(jù)我國國情，研究了專用產(chǎn)品的基于點(diǎn)的CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。 5.將基于點(diǎn)的幾何模型及其CAD/CAM應(yīng)用的相關(guān)理論應(yīng)用于鞋

7、楦，得到基于點(diǎn)的鞋楦CAD/CAM技術(shù)。首先給出基于點(diǎn)的鞋楦幾何模型的定義，根據(jù)鞋楦幾何和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，研究鞋楦點(diǎn)模型的CAD方法，并分別討論了由實(shí)物樣楦建立鞋楦模型、組合設(shè)計(jì)和局部修改技術(shù)，然后給出了鞋楦CAM的具體過程，最后給出鞋楦CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的成功案例。 本文對于基于點(diǎn)的幾何模型的研究工作，對CAD/CAM技術(shù)提出了一種新的思想，并對其實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用做了初步的系統(tǒng)研究，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和研究的進(jìn)一步深