基于點的幾何模型及其CAD-CAM應用研究.pdf

1、CAD/CAM技術的發(fā)展，大大加速了產(chǎn)品的設計制造進程，是提升制造業(yè)競爭力的根本方式。幾何模型是CAD/CAM應用的核心和基礎，線框模型、曲面模型和實體模型作為CAD/CAM系統(tǒng)中的常規(guī)模型，得到了成熟而廣泛的應用，滿足了大量產(chǎn)品的應用需求。但仍存在一些具有復雜外形的產(chǎn)品，在應用CAD/CAM技術進行具體的產(chǎn)品設計制造時，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，也難以進行后續(xù)的設計修改和數(shù)控編程操作。隨著測量技術的發(fā)展，

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

3、式嚴重制約了我國鞋業(yè)的發(fā)展，將CAD/CAM技術引入鞋楦的設計與制造，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，并在此基礎上開發(fā)適用的設計修改和數(shù)控編程功能，是實現(xiàn)鞋楦CAD/CAM的關鍵。 本文從CAD/CAM應用角度，以基于點的幾何模型作為研究對象，對其相關理論、技術與應用進行了系統(tǒng)研究，并在以下方面取得了創(chuàng)新性成果： 1.根據(jù)當前CAD/CAM技術和數(shù)據(jù)測量技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，結(jié)合基于點的幾何模型在計算

4、機圖形學中的研究與應用，首次提出了應用于CAD/CAM的基于點的幾何模型。給出了基于點的幾何模型的定義及其CAD/CAM應用流程，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方法，根據(jù)點模型的結(jié)構(gòu)特征和后續(xù)應用特點，將點模型分為非規(guī)則化點模型和規(guī)則化點模型，分別研究了模型固有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、幾何屬性的計算和點的插入與精簡等方法。 2.給出了適用于點模型的平移、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，實現(xiàn)了點

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

6、作了探討。 4.點模型在產(chǎn)品中的具體應用，需要通過CAD/CAM系統(tǒng)實現(xiàn)，基于點的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)品的基于點的CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)與應用。 5.將基于點的幾何模型及其CAD/CAM應用的相關理論應用于鞋

7、楦，得到基于點的鞋楦CAD/CAM技術。首先給出基于點的鞋楦幾何模型的定義，根據(jù)鞋楦幾何和計算機輔助設計的特點，研究鞋楦點模型的CAD方法，并分別討論了由實物樣楦建立鞋楦模型、組合設計和局部修改技術，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)與應用的成功案例。 本文對于基于點的幾何模型的研究工作，對CAD/CAM技術提出了一種新的思想，并對其實現(xiàn)和應用做了初步的系統(tǒng)研究，隨著相關技術的發(fā)展和研究的進一步深