面向CNC系统的自由曲面模型的建立

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1、面向CNC系统的自由曲面模型的建立吴光琳　李从心　阮雪榆　　摘要　在分析现有的曲面模型不利于进行CNC加工的基础上，建立了一种面向CNC加工的自由曲面模型，介绍了该曲面模型的基本要求并阐明了建立的措施和方法。　　关键词：CNC　自由曲面模型　建模EstablishmentofasculpturedsurfacesmodelforCNCWuGuanglinLiCongxinRuanXueyuAbstractAsculpturedsurfacesmodelforCNCisestablishedonthebasisofana

2、lyseofthereasonthatthecansualoneisdisadvantageousforitsmachininginCNCsystem.Itsrequirementisintroducedanditsestablishingmothodisclarified.Keyword：CNC;sculpturessurfacemodel；modelling1　引言　　随着CAD/CAM等技术的日益成熟和完善，作为CAM的核心技术CNC得到了迅猛的发展。但当今CNC的发展也遇到了一些问题，其中之一便是适合CNC加工

3、的曲面模型的建立。目前的CNC系统大都使用CAD曲面造型系统中的曲面模型，由于CAD的曲面造型系统发展已比较成熟，其曲面模型的发展也比较完善，能够比较令人满意地表达曲面的几何信息，但由于历史上CAD和CAM相对独立的发展使这些在CAD系统中使用的纯几何数据的曲面模型在CNC系统中的应用却遇到了困难。因为这些包含完善几何信息的曲面模型却缺少CNC加工中所不可缺少的非几何信息，如曲面材料的特性，加工精度的要求和控制信息等。这样，怎样妥善地解决这一问题使CNC能方便地从曲面模型中获取充分的信息是发展CNC急需解决的问题之一。

4、　　目前，从总体上来说有两大类解决方法。一是完善现有CAD和CAM之间的集成；二是直接建立面向CNC加工的曲面模型。第一种方法目前研究较多，比较常用和理想的是基于特征的产品建模方法，即用特征来构造产品模型，并以此模型为基础实现CAD和CAM数据交换和共享以实现二者的集成。但由于现在社会产品的异常丰富，建组合机床与自动化加工技术990405立准确和完善的产品的特征比较困难，很难包含各领域的应用，更无法协调各特征集的集成，所以此方法的应用受到限制，主要针对一些具体的应用而采取相应的产品特征进行特征建模。相对于第一种方法，由

5、于用于建立产品曲面模型的种类比产品本身的种类少得多，故第二种方法可以建立比较通用的CNC曲面模型，该方法目前研究相对较少。本文采用第二种方法，即直接建立面向CNC加工的曲面模型，将CNC加工时所需要的信息融入曲面模型，从根本上解决传统CAD曲面模型不能给CNC系统提供充分信息的缺点，为该方法的最后完善做一些探索性的研究。2　面向CNC系统曲面模型的要求　　作为面向CNC系统的曲面模型，必须满足以下基本的要求。1)丰富的曲面表达和造型能力　和传统的CAD曲面模型一样，面向CNC系统的曲面模型也必须能够完善地表达曲面的几何

6、信息并能方便地进行造型。因为CNC系统加工的对象是形形色色的社会产品，所以作为面向CNC系统的曲面模型首先必须具有表达各种各样产品形状并方便地进行生成、修改等造型的能力。2)能够提供CNC加工时所需的控制信息　这是面向CNC系统的曲面模型的关键要求，也是其区别传统的CAD曲面模型的根本所在。如前文所述，传统的CAD曲面模型虽然能够提供完善的几何信息，却不能提供CNC加工所必需的控制信息。因此，面向CNC系统的曲面模型必须包含充分的控制信息，如曲面材料的性质，曲面加工的精度，曲面表面要求的质量，曲面在加工零件中的拓扑信息

7、等，以满足CNC系统能按既定的要求对曲面进行加工。3)提供的信息能方便地被CNC系统所提取　作为面向CNC系统的曲面模型，这一要求是无庸置疑的。因为建立面向CNC系统的曲面模型的目的就是能方便地为CNC系统提供需要的加工信息，所以，包含的信息不能被CNC系统方便地提取的曲面模型再完美也不是好的面向CNC系统的曲面模型。3　自由曲面模型的建立3.1　建立自由曲面模型的途径　　为了满足上面提出的要求，我们用以下几方面的措施来建立面向CNC系统的自由曲面模型：1)用三次B样条曲面模型在面向CNC系统的自由曲面模型中表达曲面形

8、状几何信息　我们知道，三次B样条曲面具有一系列优良的特性。主要包括：几何不变性，即曲面的表达形式不因所取坐标系的不同而变化；适中的光滑性，在每一曲面片内具有任意阶连续，片间在两个参数方向具有二阶连续；凸包性，该曲面恒位于它的控制顶点的凸包内；逼近性，若控制顶点逐渐加密，曲面将逐渐逼近控制顶点；局部修改性，即若改变某一控制顶点，曲面