多面体三向DEXEL模型与虚拟快速原型过程仿真

提出了一种多面体的DEXEL化算法,建立了一种多面体的三向DEXEL模型。在同一三向DEXEL模型空间,对不同多面体的三向DEXEL模型实现并、交、差布尔运算。根据三向DEXEL模型的层状结构特点,将三向DEXEL模型用于快速原型系统过程仿真。通过一个大体素,模拟快速原型设备激光头的一次移动过程,通过零件一层内所有激光头的移动形成零件的一层,再通过层层堆叠的方式形成整个零件。在Java 2.0与Java 3D环境下编程,实现并验证了所有算法,并给出了一个零件的快速原型过程仿真实例。

多面体三向DEXEL模型与布尔运算

提出了一种多面体的DEXEL化算法及一种三向DEXEL模型。与单向DEXEL模型相比,三向DEXEL模型能更精确地表示一个型体。在同一三向DEXEL模型空间,实现并、交、差布尔运算。将三向DEXEL模型用于飞机复合材料零件设计,设计了蜂窝结构、方管、圆管结构。在Java2.0与Java 3D环境下编程,实现并验证了所有算法。

基于DEXEL体造型技术在飞机复合材料零件设计中应用

飞机复合材料零件结构分为蜂窝结构、夹心结构、空心结构、夹层结构等。在以边界面表示的体造型系统中,难以设计这些复杂结构。在提出的基于DEXEL体造型系统中,通过布尔运算可很容易设计这些复杂结构。通过射线组群与多边形的求交算法实现体的DEXEL化。通过基于DEXEL模型的布尔运算实现复杂体设计。通过大体素可显示体的颜色与材质等属性。该系统在Java2.0与Java3D环境下编程实现。为验证该算法,给出了一个飞机水平安定面翼肋设计实例。

基于DEXEL和离散点阵法的数控加工仿真研究

本文提出了基于DEXEL模型实现数控铣削过程中毛坯体的实时建模方法,减少了内存存储空间,支持观察视角的变化和仿真结果的缩放;根据三轴数控铣床加工的特点,将刀具扫描体看成离散刀位点之间的单个扫描体的组合,采用离散点阵法对刀具扫描体建模。使用局部搜索算法,用其搜索发生切削关系的点并动态更新仿真工件的高度值。在VC++6.0和OpenGL环境下编程实现了此方法,实例表明此方法提高了数控铣削仿真的效率。

圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真与验证

针对基于实体建模技术的滚齿加工仿真问题,开发一种圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真方法。研究圆柱齿轮滚齿加工的运动学模型。根据滚刀和齿轮毛坯的几何参数创建三角形网格模型,并转换为引擎内的Dexel模型。同时,借助Delaunay三角剖分和Alpha形状重构进行高效的CWE计算和未变形切屑几何仿真。采用斜角切削模型来计算每个时间步上所有啮合节点的力分布。使用利勃海尔LC500滚齿机对所提仿真方法进行了验证,并结合旋转测力计和卡尔曼滤波器来补偿结构动力学,从而进行准确的切削力测量。结果表明:所提方法能够准确预测出沿滚刀刃口离散节点的三维力分布,预测误差(均方根和标准差)在4%~12%之间,且当切削条件变化时,仍然可以准确预测轴向和横向的切削力,有助于进一步提高滚齿加工仿真的效率与精度。

DEXEL模型同刀具扫描体的求交计算及应用

数控加工仿真技术是检验数控代码正确性的一种十分有效和可行的方法。毛坯材料的动态去除是加工仿真的关键,因此仿真工件(即毛坯)和刀具扫描体的建模,仿真工件模型和刀具扫描体之间的求交计算是核心问题。文中通过使用基于DEXEL模型的方法来构造毛坯,能够支持观察视角的变化,不依赖于以往扫描体生成的包络法,简化了刀具扫描体的计算,避免了复杂方程的求解。通过计算有效包围盒,减少了DEXEL射线同刀具包络体的求交计算次数。在VC++6.0和OpenGL环境下编程,验证了此方法,并给出了一个仿真实例。

基于压缩体素模型的快速成型直接切片算法

基于STL文件模型的间接分层切片算法存在缺乏拓扑信息,面误差诊断修复困难等问题,结合压缩表示形式的体素模型特点,提出了一种新的基于压缩体素模型直接切片分层优化算法。该算法利用Dexel模型记录的Dexel射线和物体交点所表达的物体表面点位置,通过设定分层平面厚度等参数获得截面轮廓数据,生成可直接适用于快速成型系统的共用层接口CLI文件。该算法在虚拟油泥造型系统中得到了应用,实验结果表明算法稳定、分层效果良好。

一种压缩体素模型在加工仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大,传统的基于空间分解的体素建模方法需要计算机内存空间大,仿真时间长,仿真精度低等问题,结合Dexel模型提出了一种压缩体素模型,大大简化了仿真过程中的布尔运算,有效压缩了仿真模型的数据量,仿真的精度也有所提高。根据该压缩模型特点,设计了基于MachingCubes的优化表面三角网格提取算法,加快了仿真结果的图形显示。整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍,在实际应用中取得了良好的效果。

人造微孔骨结构RP过程仿真研究

在人造骨设计中,为了能使人造骨部分与人体骨组织在一起生长、融合,就要求人造骨具有与人体骨组织一样的微孔结构。边界面与实体模型很难作到这一点。通过将多面体三向DEXEL模型转换为小体素模型,并设置小体素的透明度属性为全透明,实现人造微孔骨结构设计。将沿y轴方向相同属性的小体素合并为一个大体素,模拟激光头的一次烧结轨迹,通过层层堆叠方式实现RP过程仿真。在Java2.0与Java3D环境下编程实现并验证了所有算法。

人造微孔骨结构设计研究

在人造骨设计中,为了能使人造骨部分与人体骨组织在一起生长、融合,就要求人造骨具有与人体骨组织一样的微孔结构。边界面与实体模型很难作到这一点。通过多面体的三向DEXEL模型与并、交、差布尔运算,生成任意复杂型体的三向DEXEL模型。将多面体的三向DEXEL模型转换为小体素模型,实现复杂属性体建模。通过设置小体素的透明度属性为全透明,实现人造微孔骨结构设计。在Java2.0与Java3D环境下编程实现并验证了所有算法。

面向数控系统的高效车削加工仿真算法的研究

为了提高车削加工仿真算法的时间和空间性能,实现数控系统中三维实体实时材料去除模拟,提出一种高效的车削加工仿真算法.首先,改进传统二维dexel工件模型为dual dexel(简称为D-dexel)模型,并归类车削刀具,建立刀具统一的显式表达方式;其次,在布尔减运算中采用定位机制.最后,通过实验表明该算法具有较好的时间和空间性能.

基于STEP-NC数控检测3D建模与仿真

为了将STEP-NC检测数据模型应用于数控加工中,实现信息的双向流动,开发了一个基于STEP-NC数控检测仿真系统。以Java及Java3D为开发平台,首先利用递归算法实现了STEP-NC程序信息提取,然后利用DEXEL体造型技术实现了零件的三维建模,根据STEP-NC标准所定义的特征对检测路径进行规划,最后用模拟测头对检测路径进行仿真,验证了检测路径规划的可行性,为以后的现场应用打下基础。

支持机床在线可视化监控的切削仿真算法研究

基于真实机床运行信息和3D数字化机床模型实现加工过程的在线可视化监控是目前加工车间管控的新技术。3D在线切削仿真存在一些新困难:无法预知刀具轨迹、要求与真实加工基本同步执行。提出一种基于二叉空间分割单向Dexel模型的快速切削仿真算法,它基于工件的3D模型预处理生成二叉树存储结构的单向Dexel模型;利用刀具和工件重叠包围体在二叉树结构上确定可能干涉区域;在计算单向生成线与刀具几何体的交线,得到被切削工件。本文算法已经广泛用于加工车间监控、与真实机床结合的"真机虚工件"模式的AR切削培训等领域,应用表明该算法对于工件大小与形状具有良好的适应性,同时具有极高的计算效率,可以支持在线切削监控。

改进的Voxel模型及其精度验证算法的研究

分析了五轴数控加工仿真中常用的三维实体建模方法的优缺点,并提出了改进的Voxel模型,可以有效的降低模型的空间复杂度,同时结合三向Dexel射线求交算法和动态标志位复位技术,能够有效的提高切削判断计算速度,保证数控仿真的实时性。在此基础上,引入了精度验证的概念,阐述了各种精度验证算法的思想,并将Z&N精度验证算法应用于改进的Voxel模型中,达到验证模型误差在可接受范围内的目的。