基于新lom的金属功能零件的优化分层技术研究（本科毕业论文设计）.doc
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基于新lom的金属功能零件的优化分层技术研究（本科毕业论文设计）,摘要快速原型制造技术自出现以来就以其柔性高的特点获得制造业和学术界的普遍关注。它采用离散/堆积的加工技术，将三维实体沿某一方向进行分层处理，依据二维截面轮廓数据加工层片后堆积还原成三维实体。该技术是机械工程、cad、数控技术、激光技术、计算机技术和材料科学的综合集成，可以由 cad 模型直接制作三维实体零件，大大缩短了...
内容介绍
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摘 要
快速原型制造技术自出现以来就以其柔性高的特点获得制造业和学术界的普遍关注。它采用离散/堆积的加工技术，将三维实体沿某一方向进行分层处理，依据二维截面轮廓数据加工层片后堆积还原成三维实体。该技术是机械工程、CAD、数控技术、激光技术、计算机技术和材料科学的综合集成，可以由 CAD 模型直接制作三维实体零件，大大缩短了产品的研制周期，对制造业产生了深远的影响。
本文先对快速原型制造技术进行了概述，并介绍了其国内外发展与研究动态。提出了本课题的研究目的与意义以及课题的主要研究内容，开展了基于新 LOM 的优化分层技术研究及系统开发。
本文验证了基于贝赛尔曲线拟合曲率半径计算方法，发现所提出的计算公式对拟合点的误差很敏感，通过案例计算证明方法计算的曲率半径误差过大，不能在优化分层中使用。本文在数学推导和实践基础上提出弦长—夹角方法，解决了曲线曲率半径的计算问题，为实现优化分层提供了条件。案例计算表明新方法计算的曲率半径误差在10% 以下，其精度满足优化分层的要求。
本文采用面向对象的设计方法对切片过程进行了系统抽象，对切片中的对象进行了优化，给出了优化分层系统的整体结构。本文以 AutoCAD提供的 STL 文件为数据模型，采用 VC++6.0和ACCESS 数据库开发了优化分层系统。该系统结构清晰，扩充和维护都很方便。
本文最后以系统的计算实例总结了弦长—夹角方法的正确性，证明了优化分层方法的可行性。
关键词：快速原型制造，STL 数据模型，优化分层，面向对象
ABSTRACT
Rapid Prototyping and Manufacturing technology has attracted much attention since appeared. It’s a slice/deposit technology. It slice 3D solid along a direction, obtained 2D outline data, after made all sliced plane deposit planes to deoxidize 3D solid. This technology integrated Mechanical Engineering, CAD, CNC, Laser technology, Computer technology and Material Science. It can fabricate 3D solid from CAD model directly and automatically. This technology saves tremendous developing time and has a deep impact on the manufacturing industry.
This paper first introduced RP/M and its development background. In this paper the objective and the value of the project are put forward, and the optimized slice process is studied.
This paper validated the former curvature radius formula, and found it was sensitive to their control points, with the example calculation the error of formula was proved too large to apply in optimized slicing system. After experiments, the Chord-Angle formula was put forward, it solved the problem of curvature radius calculating, established the basis of optimized slicing. Examples indicated the error less than 10%. The modeling precision and modeling efficiency are both improved by the optimized laminating method.
In this paper, laminating process was abstracted with Object Oriented Programming method, and the object of process was optimized, and the total structure of optimized laminating system was designed. The optimized laminating system is based on the STL data model provided by PRO/E, and was developed with VC++6.0 and ACCESS database. The system is clear and easy to extend and maintain.
In the last part the correction of Chord-Angle formula was test by example, and the feasibility of optimize laminating method was proved.
Key words： Rapid Prototyping and Manufacturing, STL data model, optimize slice, Object oriented
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪 论 1
1.1引 言 1
1.2 RP/M技术综述 3
1.2.1 快速原型制作原理 3
1.2.2 RP/M技术的特点 4
1.2.3 主要的RP/M技术简介 5
1.2.4 RP/M技术的应用概况 8
1.2.5 RP/M技术与相关学科的关系 9
1.3 新LOM技术研究的背景、发展和意义 11
1.3.1 新LOM技术研究的背景 11
1.3.2 新LOM技术研究发展 12
1.3.3 新LOM技术研究的意义 12
1.4 本课题的研究内容 13
2 金属功能零件的新LOM方法 14
2.1 传统LOM方法 14
2.1.1 传统LOM方法简介 14
2.1.2 传统LOM方法成形原理 14
2.2 金属功能零件的快速制造及其存在的问题 15
2.2.1 LOM 精度问题 15
2.2.2 优化分层 16
2.3 新LOM方法 17
2.3.1 截面理论轮廓线为直线 17
2.3.2 截面理论轮廓线为任意曲线 18
2.4 新LOM方法效率因素 18
2.4.1 斜切法效率分析 18
2.4.2 新LOM技术原理误差及残留加工量计算公式 19
2.4.3 分层精度和效率公式 19
3 优化分层技术及其实现方法 20
3.1 CAD模型STL化 20
3.2 STL文件格式 20
3.3 基于STL模型几何连续性的分层处理 21
3.4 新LOM优化分层技术 23
3.4.1 优化分层技术概述 23
3.4.2 新LOM优化分层思想 23
3.5 基于STL数据的弦长-夹角计算方法 23
3.6 采用弦长—夹角曲率半径计算方法的新LOM优化分层准则 25
4 基于新LOM的STL模型优化分层算法及流程 26
4.1 STL模型分层处理的基本过程 26
4.2 STL 模型分层处理的基本算法 26
4.2.1 分层平面与 STL 模型求交的基本算法 26
4.2.2 截面轮廓线的生成算法 27
4.3 实体曲面分层轮廓线处理流程 27
4.3.1 三角形面片与分层平面的相互位置关系 27
4.3.2 三角形与分层平面的交线计算 29
4.3.3 实体分层轮廓线段的处理算法 32
4.4 新LOM方法的分层处理算法 34
4.4.1 造型曲面CAD模型的切平面和法线 34
4.4.2 造型曲面CAD模型的 Z向法截线及其曲率 35
4.5 基于新LOM优化分层算法处理及流程 39
5 基于新 LOM 的优化分层软件系统设计 41
5.1 面向对象设计方法 41
5.2 分层处理技术方案 41
5.3 新LOM优化分..
快速原型制造技术自出现以来就以其柔性高的特点获得制造业和学术界的普遍关注。它采用离散/堆积的加工技术，将三维实体沿某一方向进行分层处理，依据二维截面轮廓数据加工层片后堆积还原成三维实体。该技术是机械工程、CAD、数控技术、激光技术、计算机技术和材料科学的综合集成，可以由 CAD 模型直接制作三维实体零件，大大缩短了产品的研制周期，对制造业产生了深远的影响。
本文先对快速原型制造技术进行了概述，并介绍了其国内外发展与研究动态。提出了本课题的研究目的与意义以及课题的主要研究内容，开展了基于新 LOM 的优化分层技术研究及系统开发。
本文验证了基于贝赛尔曲线拟合曲率半径计算方法，发现所提出的计算公式对拟合点的误差很敏感，通过案例计算证明方法计算的曲率半径误差过大，不能在优化分层中使用。本文在数学推导和实践基础上提出弦长—夹角方法，解决了曲线曲率半径的计算问题，为实现优化分层提供了条件。案例计算表明新方法计算的曲率半径误差在10% 以下，其精度满足优化分层的要求。
本文采用面向对象的设计方法对切片过程进行了系统抽象，对切片中的对象进行了优化，给出了优化分层系统的整体结构。本文以 AutoCAD提供的 STL 文件为数据模型，采用 VC++6.0和ACCESS 数据库开发了优化分层系统。该系统结构清晰，扩充和维护都很方便。
本文最后以系统的计算实例总结了弦长—夹角方法的正确性，证明了优化分层方法的可行性。
关键词：快速原型制造，STL 数据模型，优化分层，面向对象
ABSTRACT
Rapid Prototyping and Manufacturing technology has attracted much attention since appeared. It’s a slice/deposit technology. It slice 3D solid along a direction, obtained 2D outline data, after made all sliced plane deposit planes to deoxidize 3D solid. This technology integrated Mechanical Engineering, CAD, CNC, Laser technology, Computer technology and Material Science. It can fabricate 3D solid from CAD model directly and automatically. This technology saves tremendous developing time and has a deep impact on the manufacturing industry.
This paper first introduced RP/M and its development background. In this paper the objective and the value of the project are put forward, and the optimized slice process is studied.
This paper validated the former curvature radius formula, and found it was sensitive to their control points, with the example calculation the error of formula was proved too large to apply in optimized slicing system. After experiments, the Chord-Angle formula was put forward, it solved the problem of curvature radius calculating, established the basis of optimized slicing. Examples indicated the error less than 10%. The modeling precision and modeling efficiency are both improved by the optimized laminating method.
In this paper, laminating process was abstracted with Object Oriented Programming method, and the object of process was optimized, and the total structure of optimized laminating system was designed. The optimized laminating system is based on the STL data model provided by PRO/E, and was developed with VC++6.0 and ACCESS database. The system is clear and easy to extend and maintain.
In the last part the correction of Chord-Angle formula was test by example, and the feasibility of optimize laminating method was proved.
Key words： Rapid Prototyping and Manufacturing, STL data model, optimize slice, Object oriented
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪 论 1
1.1引 言 1
1.2 RP/M技术综述 3
1.2.1 快速原型制作原理 3
1.2.2 RP/M技术的特点 4
1.2.3 主要的RP/M技术简介 5
1.2.4 RP/M技术的应用概况 8
1.2.5 RP/M技术与相关学科的关系 9
1.3 新LOM技术研究的背景、发展和意义 11
1.3.1 新LOM技术研究的背景 11
1.3.2 新LOM技术研究发展 12
1.3.3 新LOM技术研究的意义 12
1.4 本课题的研究内容 13
2 金属功能零件的新LOM方法 14
2.1 传统LOM方法 14
2.1.1 传统LOM方法简介 14
2.1.2 传统LOM方法成形原理 14
2.2 金属功能零件的快速制造及其存在的问题 15
2.2.1 LOM 精度问题 15
2.2.2 优化分层 16
2.3 新LOM方法 17
2.3.1 截面理论轮廓线为直线 17
2.3.2 截面理论轮廓线为任意曲线 18
2.4 新LOM方法效率因素 18
2.4.1 斜切法效率分析 18
2.4.2 新LOM技术原理误差及残留加工量计算公式 19
2.4.3 分层精度和效率公式 19
3 优化分层技术及其实现方法 20
3.1 CAD模型STL化 20
3.2 STL文件格式 20
3.3 基于STL模型几何连续性的分层处理 21
3.4 新LOM优化分层技术 23
3.4.1 优化分层技术概述 23
3.4.2 新LOM优化分层思想 23
3.5 基于STL数据的弦长-夹角计算方法 23
3.6 采用弦长—夹角曲率半径计算方法的新LOM优化分层准则 25
4 基于新LOM的STL模型优化分层算法及流程 26
4.1 STL模型分层处理的基本过程 26
4.2 STL 模型分层处理的基本算法 26
4.2.1 分层平面与 STL 模型求交的基本算法 26
4.2.2 截面轮廓线的生成算法 27
4.3 实体曲面分层轮廓线处理流程 27
4.3.1 三角形面片与分层平面的相互位置关系 27
4.3.2 三角形与分层平面的交线计算 29
4.3.3 实体分层轮廓线段的处理算法 32
4.4 新LOM方法的分层处理算法 34
4.4.1 造型曲面CAD模型的切平面和法线 34
4.4.2 造型曲面CAD模型的 Z向法截线及其曲率 35
4.5 基于新LOM优化分层算法处理及流程 39
5 基于新 LOM 的优化分层软件系统设计 41
5.1 面向对象设计方法 41
5.2 分层处理技术方案 41
5.3 新LOM优化分..
