基于散乱点的数控加工是一种以物体表面上不附加任何几何和拓扑信息(包括测量点的法矢、曲面边界信息)的散乱点集为研究对象的数控加工方法。传统加工中要经过曲面拟合、等距、裁剪或三角网格剖分建立其曲面模型,进而才能在曲面模型上生成数控加工刀位。这种方法相当繁琐费时,而且精度难以保证。为了提高该领域数控加工的精度和效率,越来越多的研究人员致力于研究如何利用测量得到的散乱点直接生成数控加工刀位。 本论文以基于散乱点三轴数控加工刀位直接生成为核心内容,结合数控加工过程中的外延内容,如边界提取技术、最佳加工方向的选取等,对基于散乱点三轴数控加工的刀位规划、刀位计算方法进行了较为全面的研究。 论文首先针对单值曲面内的完全散乱的、无组织的“点云”数据,采用网格化的方法,先将“点云”投影并划分网格,进而定义出边界网孔,通过计算边界网孔内任意一点与其周边点间连线的夹角,以最大夹角小于某一给定阀值作为判断该点是否为边界点的条件,提取出散乱数据点的初始边界曲线;然后又通过B样条曲线拟合技术对初始边界曲线进行了光顺,并求出光顺后边界线的切矢及法线方向,进而构造出边界曲线的等距线。 接着以抬刀次数最少为优化目标,通过引入计算几何中单调链的概念,确定了最佳的行切加工方向和最少单调链数;给出了在平面区域内行切法加工的Z字形刀位连接方法,针对圆环刀、球头刀和平头刀,提出了不发生干涉的曲面三轴数控加工刀位计算方法,并通过清根加工对刀位轨迹进行优化,实现了针对散乱点测量数据直接生成数控加工刀位。之后对基于散乱点模具型腔的数控加工的原理和方法作了初步探讨。论文以自行车椅座、人脸曲面模型等为例,对其进行了边界提取、曲线拟合、优化切削方向计算、加工刀位的生成与连接,并利用UG/NX等软件的仿真功能,对刀具路径的正确性进行了实时动态仿真,验证了论文中提出的方法。