[发明专利]数控加工几何仿真中基于STL模型的材料去除方法

权利要求书

1.一种数控加工几何仿真中基于STL模型的材料去除方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将CAD生成的被加工工件和刀具扫掠体都转化为STL模型，STL模型表面是由三角面片组成；

2)读取刀具扫掠体和被加工工件STL模型，同时建立刀具扫掠体和被加工工件表面三角面片关系索引；

所述步骤2)的具体过程为：

2.1)依次读入所有三角面片顶点坐标P₁(x₁,y₁,z₁)、P₂(x₂,y₂,z₂)、P₃(x₃,y₃,z₃)…，以及所有三角面片法向量坐标N₁(x_n1,y_n1,z_n1)、N₂(x_n2,y_n2,z_n2)、N₃(x_n2,y_n2,z_n2)……，并建立对应顶点指针*P₁、*P₂、*P₃…以及对应三角面片法向量指针*N₁、*N₂、*N₃……，每个指针指向对应坐标地址，读入的同时与已读入的坐标进行对比，如果已经存在相同坐标则不重复录入；

2.2)以一个三角面片的数据信息为存储单元，每个三角面片数据信息包括3个顶点一个法向量，设有若干个三角面片M₁(*P₁,*P₂,*P₃,*N₁)、M₂(*P₄,*P₅,*P₆,*N₂)、M₃(*P₇,*P₈,*P₉,*N₃)……，建立指向每个三角面片存储单元地址的指针*M₁、*M₂、*M₃……；

3)建立被加工工件和刀具扫掠体的最小包围盒，滤除不相交的三角面片，得到被加工工件和刀具扫掠体相交部分最小包围盒，再运用空间解析法求出此求交范围内一组相交的三角面片对；

所述步骤3)中，求出可能相交的三角面片对过程如下：

3.1)建立包含被加工工件三角面片的最小包围盒A，包含刀具扫掠体三角面片的最小包围盒B，记包围盒表面指向外部的法向方向为正；

3.2)滤除在最小包围盒A外的刀具扫掠体上所有完整的三角面片，保留刀具扫掠体上剩余三角面片，滤除在最小包围盒B外部的被加工工件上所有完整的三角面片，保留工件上剩余三角面片；

3.3)更新最小包围盒A、最小包围盒B，循环步骤3.2)，直到剩余的总三角面片数不再增加为止，建立剩余总三角面片的最小包围盒C；

3.4)对最小包围盒C进行空间网格划分，划分为若干个边长为d的小正方体，并对这些正方体网格进行编号，坐标轴上以小正方体的一个边长距离为单位进行标记；

3.5)记录并存储每个三角面片所占据的空间网格，选取占据有相同空间网格的三角面片进行相交判断，当检测到相交三角面片对时，停止并且记录此相交三角面片对；反之，则工件与刀具扫掠体不相交；

4)求解3)中得到的相交三角面片对交线段，利用相邻交线段共端点的特点，集合相交三角面片对法向量与交线的关系，依次求出余下交线，得到交线环；

所述步骤4)中，交线环的具体求取过程如下：

4.1)由找到的一组三角面片对T₁、T₂，设三角面片T₁来自工件，三角面片T₂来自刀具扫掠体，由所记录的相交边或顶点信息快速求出两个交点，即为相交三角面片对T₁、T₂交线的端点，记求出的首段交线为I₁I₂；

4.2)由已知交线I₁I₂，求其相邻交线；

4.3)依次求出剩余的交线，直到求得的交线端点与首段交线端点I₁重合为止，最终得到交线环；

5)对被加工工件和刀具扫掠体上参与相交的三角面片进行重构；

6)对5)重构得到的被加工工件和刀具扫掠体上三角面片进行分类：根据刀具扫掠体表面三角面片法向量判断被加工工件上以交线为边的重构三角面片属于保留表面还是属于去除表面，根据被加工工件表面三角面片法向量判断刀具扫掠体上以交线为边的重构三角面片属于参与加工表面还是非参与加工表面；其他面片分类情况根据已分类三角面片确定；

所述步骤6)中，三角面片进行分类具体过程为：

6.1)设三角面片T₁、T₂是分别来自工件及刀具扫掠体上的相交三角面片对，I₁I₂为交线，重构后三角面片T₁、T₂被划分为若干新三角面片；

6.2)对三角面片T₁上以交线I₁I₂为边的新三角面片进行判断，在三角面片T₂法向量一侧的属于保留面，负方向一侧的属于去除面；对三角面片T₂上与交线I₁I₂为边的新三角面片进行判断，在三角面片T₁法向量一侧的属于不参与加工面，负方向一侧的属于参与加工面；

6.3)完成工件及刀具扫掠体上所有以交线为边的新三角面片进行归属分类；

6.4)其余三角面片判定方法为：根据相邻三角面片共边的关系，由已分类的三角面片开始向未分类的三角面片遍历；在工件表面，与属于保留面三角面片相邻的仍然是属于保留面，与属于去除面三角面片相邻的仍然是属于去除面；在刀具扫掠体表面，与属于参与加工表面相邻的依然属于参与加工表面，与非参与加工表面相邻的依然属于非参与加工面；

7)由被加工工件上保留表面和刀具扫掠体上参与加工表面组成的封闭表面形成去除材料后的工件模型。