[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

说明书

本发明涉及一种数控加工几何仿真中基于STL模型的材料去除方法，其步骤：将CAD生成的被加工工件和刀具扫掠体都转化为STL格式；读取刀具扫掠体和被加工工件STL模型，建立刀具扫掠体和被加工工件表面三角面片关系索引；建立工件和刀具扫掠体的最小包围盒，滤除不相交的三角面片，利用向量的点乘和叉乘特点，建立矢量判别模型，判断三角面片是否相交得到一组相交三角面片对；求解确定的相交三角面片对的交线，求取交线环；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；对三角面片进行分类；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新的封闭表面形成了去除材料后的工件模型。

技术领域

本发明涉及一种虚拟数控加工领域，特别是关于一种数控加工几何仿真中基于STL模型的材料去除方法。

背景技术

切削仿真和材料去除仿真是虚拟数控机床仿真系统中一个最重要、最核心的部分，也是最难实现的一个部分。而切削仿真的逼真性就取决于材料去除仿真，目前，在国内外有代表性的、广泛运用于数控加工几何仿真中的方法有以下几种：

实体几何造型法通过刀具沿着加工轨迹移动而生成刀具扫描体，然后利用布尔差运算直接在毛坯体上减去刀具扫描体而实现。它直接用数学方法如参数方程等描述几何体，保存了全部几何信息，因此其计算结果精确，可以进行各种几何测量和处理。其不足之处在于刀具的每一步运动都需要进行大量的布尔求交运算，实时性差。

视向离散法利用图像空间的消隐算法来实现布尔运算。这种方法计算量小，实时性好；其缺点是在显示过程中丢弃了部分几何深度信息，人们对加工结果无法进行旋转、放大等操作同时也无法进行精确的误差检验，因为毛坯的原始数据都已经转化为像素值，而这些像素点是依赖与显示屏幕的，导致它的应用受到很大限制。

离散矢量求交法，将待加工曲面或实体按照一定的精度转变为一些离散的数据点，并用其来代替原曲面，然后再利用这些离散点沿其曲面法向矢量方向与刀具扫描体进行求交运算。这种方法是在某一方向上投影具有一定的局限性，而且在曲率大的地方加工误差较大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种数控加工几何仿真中基于STL模型的材料去除方法，该算法克服了实时性差、加工效力低、误差大等问题，可以有效地提高加工仿真速度及精度。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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格式，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；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；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，依次求出余下交线，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；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。