网格曲面数控加工编程封闭模型分型线提取方法

万 涛（武汉软件工程职业学院，武汉 430000）

网格曲面数控加工编程封闭模型分型线提取方法

万 涛
（武汉软件工程职业学院，武汉 430000）

目前，数控加工技术发展还不够完善，实际生产中对复杂网格曲面分型线提取中还存在着效率不高、精度不够的问题，本文结合封闭自由曲面的几何特点与拓扑信息，提出了在投影法的基础上进行的分型线提取算法。在对封闭模型进行分型提取时，可以依据几何特点，使用设计封闭自由曲面凸模与凹模几何模型的办法来得到分型，再对分型点进行排序的过程中使用一环邻域点搜索法，最终获得分型线。

数控加工；网格曲面；分型线；封闭模型

1　前言

目前，CAM（计算机辅助制造）技术与CAD（计算机辅助设计）技术发展迅速，文物修复、航空宇航制造、生物医学仁心仁术制备与模具设计加工等领域已经广泛的应用了网格曲面这种加工方法。网格曲面加工主要通过数控加工来实现，在数控加工支撑添加与数控加工刀轨编辑等方面都有分型线的应用，其对数控加工自动化的发展有着重要作用。

在自由曲面加工时，最常使用的辅助曲线就是分型线，不过目前分型线提取技术还不够成熟，一般只应用于规则模型，在提取网格曲面的分型线时往往不能做到高效与精确。近年来，模具设计领域对于分型线的研究很多，不过很多提取分型的算法都无法应用于实际当中，所以研究复杂网格曲面如何有效提取分型对加工编程有着重要意义。

2　提取分型线方法

依据不同的分型线生成方式可以将其分成五类：射线探测法、特征表面分组法、最大投影轮廓拉伸法、三角剖分可见性分析法与切片法。在对网格曲面的应用过程中，最大投影轮廓拉伸法的表达和提取都不太容易，使用切片法提取自由曲面的分型线时的精度不足，目前主要使用特征表面分组法。特征识别技术的进步给曲面分型线的提取带来了很大的进步，它主要依据模型的拓扑关系与几何特点将模型表面分为不同种类，再给边界线进行组合优化还提取分型线，不过在复杂网格曲面进行分型线提取时，很难对模型表面特征进行分组。特殊表面分组法中有一种特殊的方法--可见性分析法，这种方法在表面特征分组时使用三角面片特征做为辅助工具，结合分模方向与三角面片法线方向来判断三角面片可见性并依此进行分组，最后组合不同组别的边界提取分型线。不过当某个自由曲面的特征分组时出现孤立三角面片部位时，提取精度会受到影响，可能通过补加工来补救。可见性分析法中还包括了另一种特殊的方法--射线探测法，它通过z一map还确定复杂曲面的可见性，网格越多，提取出的分型线的精度越高，不过在提高分型线精度增加网格数量的同时，也使得计算变得困难。

目前的分型线提取方法都没有网格曲面的几何特征与拓扑信息有效的结合起来，从而提高分型线的提高精度与效率。本文在满足数控加工的要求的前提下，结合提取复杂曲面分型线的特点与难点，提出借助三角网格拓扑信息对封闭曲面进行分型线提取的计算方法，以期抛砖引玉，提高数控加工的效率。

3　提取分型线

将曲面参数化的办法有很多，其中投影法应用比较广泛，可以经过对原始模型的投影得到简化后的信息，能有效的避免得到孤立三角面片区域的情况。z一map也是一种将信息通过投影进行参数化的方法，它的操作过程是先要在投影平面上面建立一个规则的棋盘网格，再使用模型和网格结点求交来得到离散模型，网格密度越大得到的离散模型越高，笔者为了使用得到的分型线提取精度不受网格密度影响，使用了map结点。

3.1封闭模型注塑分模模型

把融化的塑料注入凸模与凹模的空间里，凝固之后可以获得凸模与凹模内部空间的物体，这种加工方法就是注塑加工，其中，分型线就是凸模面与凹模面的分界线，它是模型外面的闭合曲线。通过注塑模型的数学数据得到的凸模与凹模的模型，再提取凸模面与凹模面的界线是可以得到封闭模型分型线的一种可靠方式。

3.2提取封闭模型的分型线

设置离散的凸模与凹模的数学模型是提取封闭模型过程必不可少的步骤，结合离散凸模与凹模数学模型上分型点的特点获得分型线。在设计数学模型时，要把原模型的三角网格顶点在平面A与平面A上投影，因此，原模型的某个顶点和平面B与平面A中的两个投影点X与Y是一样的。依据凸模与凹模的数学特点，计算分型点的方法是：

使用公式（1）提取的分型点没有顺序性，使用搜索一环邻域点可以排序。

4　结语

本文结合封闭模型的特点，研究了新的封闭模型分型点的计算方法，给网格曲面提取分型点提供了新的思路，希望能使数控加工编程更快的发展，以满足更多模型自动化生产的需求，促进行业的发展。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.017

万涛（1981-），男，湖北武汉人，硕士，讲师，研究方向:数控技术。