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五轴数控加工干涉检查技术的研究

王忠  
【摘要】:在自由曲面五轴数控加工中,全局干涉检查是一个非常重要的问题。本文基于虚拟加工研究中检测3维物体空间碰撞的方向包围盒OBB法,提出了一种新的全局干涉检查方法。在这种方法中,为了简化五轴加工中更新刀具位置和方向的计算,刀具和夹具用分层包围盒结构进行建模。为了应用计算机图形学中高效的3维物体碰撞检查的分离轴理论,对自由曲面进行八叉树建模。采用上述策略,干涉检查是在刀具方向包围盒OBB和曲面八叉树的半空灰节点之间进行的。当在包围体之间检查到干涉时,对表面八叉树叶子节点中的离散表面点采用离散矢量法进一步检查,以确定其是否确实与刀具发生了干涉。 在干涉检查过程中,除了利用OBB干涉检测进行简化外,八叉树的分层结构也显著降低了大量的计算。干涉检查首先在刀具OBB和八叉树的第一层子节点之间进行,如果发生干涉,则对其下层的子节点递归进行检查。当确定了八叉树中发生干涉的叶子节点的位置,或是确定子节点没有发生干涉时,递归检查过程中止。在递归中,只对发生干涉的节点进行遍历,没有干涉的节点的子节点不需要处理,可以直接略过。对于刀具采用相似的过程,首先检查八叉节点和刀具的第一层OBB之间的干涉情况,当刀具OBB发生干涉时,其第2层的4个子OBB需要进一步检查;否则,可以确定刀具和八叉节点之间没有干涉发生。 除此之外,基于碰撞的时间和空间的相关性原理,下一个循环时发生干涉的节点通常在上一次干涉的节点附近。因此在每次检查之前,首先检查上次发生干涉的叶子节点的邻居节点,采用这种方法可以降低逐层遍历的计算负载。 计算分析和实际应用表明,在自由曲面五轴数控加工的局部和全局干涉检查中,这种算法可以有效降低计算负载。


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