臺灣博碩士論文加值系統

現今製造業五軸加工日趨重要，產品配合CAD/CAM軟體從設計端資料到製造端。在快速自動化電腦輔助設計製造的流程中，模擬驗證刀具路徑或工具機NC碼的正確性是必要的，而視覺化電腦虛擬實境切削更能讓使用者得到直觀地模擬效果。
本研究模擬五軸工具機切削環境，以voxel及適應性八元樹作為模型資料結構，利用APT刀具函數配合marching cube演算法，透過記憶體減量及避免重複運算的邏輯判斷，使系統效率提昇，達到即時切削顯示的效果。程式讀取刀具路徑、三軸或五軸基本構型之NC加工碼，並可輸入三角網格檔案作為預切粗胚，增加系統泛用性。

The 5-axis NC machining has been important issue in manufacturing today. Products are manufactured from designers to market with CAD/CAM software. In the process of the computer-aid design and manufacturing, it is necessary for NC tool path verification whether the cutter location data and NC code is correct or not. Computer visual reality cutting provides the user intuitively to get modeling correctness.
This research simulates the cutting situation of 5-axis machining. The data structure is based on voxel and adaptive octree. Using the APT function with marching cube algorithm, the memory is reduced and logical determination can avoid the repeating calculations;Therefore, the system is increased in the efficiency and display on the real-time cutting situation. The program can read cutter location data, 3-axis or 5-axis NC code from various CAD file formate. The system can also be enhanced by using triangle mesh data as rough file input.

摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 導論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 3
1.3 文獻回顧 4
1.3.1 3D網格應用虛擬雕刻系統 4
1.3.2 數學模型刀具模組 5
1.3.3 快速碰撞偵測 5
1.3.4 空間分割法刀具模擬切削 6
1.4 研究內容 7
1.5 系統開發環境 8
1.6 論文範圍與限制 9
1.7 論文架構 9
第二章 建立實體加工模型 10
2.1 資料結構簡介 10
2.1.1 voxel簡介 10
2.1.2 cube結構簡介 11
2.1.3 樹狀結構與適應性八元樹 12
2.2 資料之變更修改與插補點 14
2.2.1 voxel的儲存與cube的分割 14
2.2.2 資料結構迴圈運算與樹的尋訪 15
2.3 三角網格模型轉換voxel模型 16
2.3.1 三角網格檔案簡介 17
2.3.2 三角形網格資料前處理 17
2.3.3 三角形轉換voxel群 18
2.3.4 實體內部資料體素化 24
第三章 模型切削加工之布林運算及顯示 27
3.1 快速碰撞偵測 27
3.1.1 Bounding Box 27
3.1.2 三軸及五軸刀具碰撞測試 29
3.2 APT刀具模型與isovalue值 31
3.2.1 APT刀具模型簡介 31
3.2.2 判斷isovalue值的類別及儲存 32
3.3 marching cube與邊布林運算 34
3.3.1 cube邊與刀具邊界的交點運算 34
3.3.2 邊交點及邊布林運算 36
3.4 三角網格模型轉換voxel模型計算交點 37
3.4.1 重心座標系 37
3.4.2 三角面上cube的voxel內外判斷 38
3.5 工件表面三角形顯示 41
3.5.1 六面體外圍三角片 41
3.5.2 marching cube三角片模型裂縫縫補 42
3.5.3 三角形頂點法向量 43
第四章 多軸NC工具機作動模擬與驗證 46
4.1 刀具及工件彩現 46
4.1.1 顯示架構簡介 46
4.1.2 參數化APT刀具模型 47
4.2 CNC工具機 47
4.2.1 刀具路徑簡介 47
4.2.2 加工碼與機械軸向座標系統 48
4.2.3 五軸工具機構型 50
4.3 物件之作動模擬 51
4.3.1 齊次座標系 51
4.3.2 物件作動設定 53
4.3.3 相對運動座標系 54
4.4 實例研究 57
4.4.1 範例一 58
4.4.2 範例二 61
4.4.3 範例三 66
第五章 研究結論與未來展望 70
5.1 研究結論 70
5.2 未來展望 71
第六章 參考文獻 73
附錄A. 74
A.1 平面之任意軸向隱函數 78
A.2 圓柱之任意軸向隱函數 79
A.3 圓環之任意軸向隱函數 81

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