五轴数控加工仿真碰撞检测算法研究机械制造及其自动化专业论文.docxVIP

西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： (1)针对OBB包围盒的检测方法进行了优化，避开了传统的分离轴在规定的方 向上做检测，采用了先将三维的包围盒之间的碰撞检测转化到二维的空间平面之问的 碰撞检测，从而实现了OBB包围盒检测算法效率的提高。 (2)针对机床外壳凹形体与其内部部件之间的检测，由于将凹形体划分为凸体再 进行包围盒的碰撞检测会导致很多的运算，本文提出了内包围盒的构建方法与检测方 法。另外，通过排除包围球内部点对包围球构建的影响，优化了包围球的构建方法。 (3)针对三角面片的碰撞检测，本文在比较各类三角面片检测算法的基础上，对 tropp算法进行了优化，通过增加了一个类似AABB包围盒检测的方法，弥补了tropp 算法在碰撞率低时算法效率较低的不足。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名．彘铝 日期．b f 6缶问≥旷曰 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1页 摘 要 五轴数控加工技术已成为制造业中最重要的生产工具，但是由于两个旋转轴的介 入，使得各个部件的运动位置关系非常复杂，容易在加工中出现各部件的碰撞，因此 在进行数控加工仿真时对各部件进行碰撞检测能有效避免碰撞事故的发生。 虚拟仿真中的碰撞检测在国内外已经有许多的研究，其成果可运用到数控加工碰 撞检测中。由于三角面片具有较好的控制性，在五轴数控加工仿真中，模型的表达也 采用了三角面片，同时根据五轴数控加工仿真的特点，将虚拟仿真中的检测算法进行 适当的改进，以便能更好地应用于五轴数控加工仿真碰撞检测。 对于五轴数控机床凸体之间的碰撞检测，本文采用OBB层次树，并对OBB层次 树进行了结构优化。对于OBB包围盒之间的碰撞检测，目前主要采用的是分离轴定理， 但由于分离轴定理具有一定的盲目性，使得运算量偏大且算法效率波动较大，本文提 出了一个新的检测方法，采用了将三维的包围盒之间的检测转化N---维平面之间的检 测，从而提高了算法的运算效率。 针对机床外壳与其它部件包围盒的检测，本文采用了构建内包围盒的方法，实现 了凹形体与其它部件之间的粗检，避开了目前主流的直接将凹形体分割成凸体再进行 检测的方法，由于分割的前几步包围盒较大，而其他包围盒又在凹形体内部，造成检 测的前几步一般都会出现包围盒碰撞，从而使得运算量较大，因而，采用内包围盒能 有效地排除大部分不相交的情况，提高了算法的效率。 五轴数控加工仿真碰撞检测的精检都是直接对三角面片进行检测，本文在对各种 三角面片碰撞检测算法的分析比较后，对tropp算法进行了优化，即在tropp算法前加 上了一个类似AABB包围盒的方法，结合在三角面片顶点列表信息存储时的预处理， 记录下三角面片各个方向的最大最小值，通过这些值之间的比较完成了三角面片对问 的碰撞检测初步排除，弥补了tropp算法在三角面片碰撞率低时检测效率低的不足。 针对刀具和工件之间的碰撞检测，由于离散的碰撞检测容易造成一些漏检的情况， 本文采用了刀具扫描体和工件来进行碰撞检测，实现了用离散的方法实现连续的碰撞 检测。 本文在虚拟仿真碰撞检测算法的基础上完成了五轴数控加工仿真中的碰撞检测， 但同时本文的碰撞检测算法也可用到其它类似虚拟仿真中去，实现了方法的通用性。 关键词：五轴数控加工；碰撞检测：OBB层次树；内包围盒；tropp算法优化；刀 具扫描体 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1I页 Abstract Five-axis NC machining technology has been the most important facility in manufacturing industry．However,because of its two rotating axes,it is difficult to catch the space position of every part,which may cause processing accident．Therefore，collision detection among all the parts is important in NC machining simulation to avoid the pr