面向STL數(shù)控加工的刀具軌跡規(guī)劃及系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、STL（Stereo Lithography）即為三維實體模型文件經過三角化處理后得到的模型文件，是為快速原型制造（RPM）服務的文件格式。UGNX，Pro/E，CATIA等大多數(shù)的CAD/CAM系統(tǒng)都能導出STL文件，但沒有處理STL模型的能力；針對參數(shù)模型的自動刀軌生成算法已經成熟，但是針對STL離散三角網格模型的算法較少，無法實現(xiàn)異構CAD/CAM系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，導致設計部分與制造部門之間難以做到數(shù)據(jù)的順利交流。因此，研究面向

2、STL文件的數(shù)控加工方法就成為學術界和企業(yè)界亟待解決的問題。
　　針對面向STL數(shù)控加工的刀具軌跡規(guī)劃及系統(tǒng)實現(xiàn)，本文對以下四方面進行了研究：（1）面向STL的數(shù)控加工系統(tǒng)框架及STL分層分析；（2）平面閉合曲線的偏置算法分析；（3）刀具軌跡連接接算法及后置處理分析；（4）對刀具軌跡規(guī)劃進行了研究，并給出了實例，驗證了其軌跡規(guī)劃的可行性。
　　首先就面向STL的數(shù)控加工系統(tǒng)分析了國內外研究現(xiàn)狀，對面向STL的刀具軌跡規(guī)劃的相

3、關理論及方法進行了研討，對面向STL的數(shù)控加工系統(tǒng)框架做詳細闡述，分析系統(tǒng)組成，給出刀具軌跡規(guī)劃子系統(tǒng)構架，對STL文件的分層進行討論。通過對各自刀具軌跡生成方法的對比，選用等距偏置法獲得刀具軌跡，實現(xiàn)高效的無退刀加工的刀具軌跡生成方法。
　　其次，對平面閉合曲線的偏置算法進行了分析研究，為了獲得偏置曲線，提出了一種基于原始環(huán)的平面閉合曲線偏置算法，以STL的輪廓線以及毛坯的輪廓線為基礎，采用頂點偏置法，對毛坯輪廓和STL輪廓進行

4、偏置處理，獲得初步偏置曲線，通過對無效偏置曲線的去除，實現(xiàn)了等距刀具軌跡線的自動生成。
　　再次，對刀具軌跡連接算法及后置處理進行了分析研究，提出了無退刀刀具軌跡連接算法，避免了刀具在每層加工時反復退刀，提高了加工效率。獲得刀位文件后，結合后置處理，得到可用于數(shù)控機床的數(shù)控程序。
　　最后在上述理論和方法的研究基礎上開發(fā)了一個應用系統(tǒng)——面向STL的數(shù)控加工系統(tǒng)，通過案例驗證了系統(tǒng)的正確性。系統(tǒng)使用Visual C++作為平

5、臺開發(fā)，使用Open GL實現(xiàn)STL的顯示，使用Open Mesh實現(xiàn)STL數(shù)據(jù)的存儲，其它代碼使用C++編寫完成。通過調用Open GL庫，可以實現(xiàn)圖形的幾種變換，同時系統(tǒng)既可以通過菜單欄進行操作，又能通過圖形按鈕實現(xiàn)同樣的操作，增加了系統(tǒng)的可操作性。同時將各功能模塊化，使之易于擴充與修改，從而使得系統(tǒng)具有不斷完善的能力。
　　本文的主要創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在：（1）提出了等距偏置法生成刀具軌跡，既能保證加工精度，又能實現(xiàn)高效加工，同