复杂三角网格模型的分治加工轨迹研究

对于表面起伏剧烈、包含薄壁细台等特征的复杂三角网格模型，依照现有三角网格模型加工轨迹规划理论无法生成兼顾加工精度和加工效率的加工轨迹，为此本项目提出基于细节特征和轨迹特征的分治策略，有效解决复杂模型的轨迹生成问题。提出创建加工信息模型来精确表示三角网格模型轨迹生成中的各种几何信息、拓扑信息及加工信息等；基于加工信息模型内不同细节特征的几何特点，采用区域扩展法提取网格模型中影响正常数控加工的细节特征，并分别进行加工规划；通过建立轨迹特征的轨迹相似评判模型，采用区域扩展法提取轨迹特征，对每个轨迹特征采用多约束最优化方法实现以自适应的轨迹类型、轨迹方向和轨迹参数来生成轨迹，优化连接后形成模型完整的加工轨迹。本项目研究成果将有效克服目前相关研究中无法兼顾加工精度和加工效率的难题，建立新的复杂三角网格模型高效精加工轨迹的生成理论和方法，充实和发展数控加工中的轨迹规划理论和特征理论。

为解决由表面起伏剧烈、包含薄壁细台等特征的复杂三角网格模型生成的数控加工轨迹很难兼顾加工精度和加工效率的问题，本项目提出了基于细节特征和轨迹特征的分治加工策略，并在以下几个方面开展了较为深入的研究：① 基于半边结构和K-D搜索树，采用C++标准模板库设计实现了加工信息模型。在由三角网格模型创建加工信息模型时，提出并实现了基于顶点指针值排序创建半边结构的方法、基于各向异性及R半径邻域的微分几何信息生成、基于八叉树的加工残余量计算等；② 研究了复杂三角网格模型中影响正常数控加工轨迹规划的薄壁、狭槽、曲率半径干涉区等细节特征的识别方法。提出了基于模型偏置的狭槽干涉和薄壁特征识别方法、基于投影轮廓偏置的直壁狭槽识别方法；③ 研究了复杂三角网格模型中具有相同或相似轨迹的轨迹特征识别方法。将三角网格模型分为特征明确三角网格模型与特征不明确三角网格模型，分别提出了以相邻三角面片的二面角结合刀轴矢量生长原则、以最大曲率和最小曲率的取值范围及相互关系为生长原则的区域生长算法，识别获得相应轨迹特征；④ 在轨迹生成方面，对不同类型特征区域需要采用不同的轨迹生成策略；提出了基于刀具离散点的干涉检测算法；在初始轨迹的生成、刀具轨迹的投影偏置扩展、特征子区域边界处刀具轨迹的处理等方面进一步改进了基于投影偏置的等残留轨迹生成算法；为减少退刀和空行程，提出了“弓”形轨迹连接方法、螺旋轨迹生成方法，采用了保留精英策略的遗传算法实现了特征间轨迹的连接。