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基于ABF 的自由曲面上三维复杂图案的雕刻方法*
徐金亭 汪顺可 张向奎
(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室 大连 116024)
摘要:利用五轴数控机床在自由曲面上快速生成美观的图案在珠宝纹饰雕刻、吹塑/挤压模具图案制作、复杂产品外观图案的
自动喷绘等方面具有潜在的广泛应用。针对目前图案映射对单一参数曲面参数域处理的依赖,提出一种可应用于复合裁剪曲
面、网格曲面甚至点云曲面的三维复杂图案雕刻方法。利用图像边界处理技术,将二维的数字图案转化为可用于数控加工的
离散点集。进而根据保角映射(Angle-based flattening,ABF)原理,将目标曲面映射到二维平面域,建立三维曲面与二维平面
域之间的一一映射关系。以此映射为向导,提出基于面积坐标的线性映射方法,将离散图案逆映射到目标曲面上。根据选择
的刀具参数及给定的切削深度,生成用于三维复杂图案雕刻的刀具轨迹,并进行雕刻仿真试验和实际雕刻加工试验。试验结
果证明,所提方法简单实用,能够在复杂自由曲面上生成美观的雕刻图案。
关键字:自由曲面 图案雕刻 刀具轨迹
中图分类号:TP391
An ABF-based Method for 3D Complex Pattern Sculpting on Free-form
Surfaces
XU Jinting WANG Shunke ZHANG Xiangkui
(State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian
116024)
Abstract: Sculpting pattern onto free-form surfaces in five-axis CNC machine tools is a potential method for many applications such
as jewelry, glass blow-molding, injection molding, even automatically spray painting on the surfaces, etc.. Since traditional methods
map the pattern placed in parameter domain onto the part surface by using the surface equation, this may not be feasible for multiple
trimmed surfaces, mesh surfaces and cloud of point surfaces. In the paper, an angle-based flattening (ABF) based method for pattern
sculpting on free-form surfaces is developed. 2D pattern is converted into discrete data points for tool path generation from digital
image using image boundary processing technique. To map the discrete pattern onto the part surface, ABF is introduced, which is used
for flattening the part surface onto 2D plane. Using this mapping of the part surface to 2D region, a linear mapping method is
proposed to inversely map the pattern onto the part surface. On basis of this, according to the selected cutter parameter
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