CN106094721A - 三维实景地形图沙盘的加工方法 - Google Patents

三维实景地形图沙盘的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维实景地形图沙盘的加工方法，对OBJ格式的电子沙盘数据进行数据重建和图形分割获得片面模型，根据所述片面模型设置加工参数以及生成刀具轨迹，对所述加工参数和刀具轨迹进行加工仿真，最后，使用加工中心设备进行实体加工。本发明比例可控，地形沙盘模型不失真，不需要对片面进行实体化处理即可进行加工，除去了繁琐的片面实体化过程，节约了人力成本以及时间成本，加工设备为通用设备，加工精度可调、可控，根据需要选择不同的加工精度，精细加工精度可达0.05mm，节约人力成本和时间，提高了加工效率，提升了生产效益。

Description

三维实景地形图沙盘的加工方法
技术领域
本发明属于三维实景地形图沙盘加工技术领域，具体涉及一种三维实景地形图沙盘的加工方法。
背景技术
三维实景地形图在城市规划、军事演习、工程设计、农业规划、环境治理等领域有广泛应用。一般三维实景地形图沙盘的加工手段为人工手工制作、计算机数控雕刻、数控机械手臂加工及3D打印加工等。但是目前的加工方式均存在一定的问题。人工手工制作的实景地形图沙盘比例误差大，存在失真现象，只能用于地形示意展示，应用面受到一定限制。
计算机数控雕刻是使用计算机软件人工建模生成加工模型，通过数控雕刻机来完成沙盘的加工。由于人工建模，只能实现比例比较接近实景的沙盘地形加工，但是，由于加工设备行程及刀具限制，一般数控雕刻刀具为雕刻尖刀，能保证加工精度，但是由于尖刀刀尖尺寸较小，一方面刀具容易在加工过程中损坏，另一方面加工参数设置行间距必须设置很小，一般最大采用0.1mm，这样加工时间会很长。还有一种加工时采用球刀，但是由于刀杆长度限制，最高可以加工落差为60mm的地形图，无法加工落差更大的沙盘。
数控机械手臂为专用设备，同样受加工刀具限制，加工时间长，加工费用昂贵，因为专用设备成本问题，难于推广。
3D打印也可以实现实景地形沙盘的加工，但是耗材成本高、加工时间长，经过试验，与数控雕刻加工相比，加工时间至少长10倍，在实景地形沙盘加工的应用上有很大的局限性。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种三维实景地形图沙盘的加工方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种三维实景地形图沙盘的加工方法，该方法为：对OBJ格式的电子沙盘数据进行数据重建和图形分割获得片面模型，根据所述片面模型设置加工参数以及生成刀具轨迹，对所述加工参数和刀具轨迹进行加工仿真，最后，使用加工中心设备进行实体加工。
上述方案中，所述对OBJ格式的电子沙盘数据进行数据重建，具体为：
（1）采用1：1000的比例缩放，缩小后，将数据转换为点；
（2）统一采样，设置点间距为0.01mm，使点均布；其目的是使消除小于0.01mm的微细结构；
（3）封装，重新生成三角片组合曲面构图；
（4）补洞，将重新生成的图形修补空洞；
（5）生成重建数据并保存。
上述方案中，所述对OBJ格式的电子沙盘数据进行图形分割，具体为：按照加工设备X、Y轴方向的加工范围大小进行分割，按阵列进行编号并以编号命名保存，用阵列编号。
上述方案中，所述根据所述片面模型设置加工参数，具体为：设置粗加工参数：选定刀具路径，选择三维刀具路径的z轴层粗加工，定义刀具，选用Φ25mm的锥柄铣刀，定义粗加工余量为5mm，定义加工方法，选用平行加工，斜向进刀，层间距设为10mm，行间距设为22mm，转速设为7000r/min进行粗加工，进给量尽量给大；设置精加工参数：用加工浮雕方法，定义加工策略，选定x方向平行加工，定义刀具选用Φ4球头铣刀，层间距设置为0.4mm，行间距设为0.5mm，转速设为7000r/min进行精加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1. 比例可控，地形沙盘模型不失真，能够根据需要，按照一定比例对电子沙盘图形数据进行缩放，由于电子沙盘图形数据的准确性，以及三维实景地形图模型输入、数据处理、加工过程为数字化、智能化加工过程，能保证所加工地形沙盘模型不失真。
2. 不需要对片面进行实体化处理即可进行加工，除去了繁琐的片面实体化过程，节约了人力成本以及时间成本。
3. 加工设备为通用设备，加工成本相对低廉。通用设备加工工价相对专用设备来说，费用较低，容易获得所需刀具，在刀具耗材来说，成本较低。
4. 加工分为粗加工、精加工两步，一是提高了加工效率，二是消除了精加工所用球刀刀杆长度对落差的影响；如果不分粗、精加工，只能选用尖刀或球刀来进行加工，由于地形表面形状限制，为了防止过切，球刀尺寸受限，不能选用较大直径球刀，如果一次加工成型，由于落差大于球刀刀杆，刀柄会直接与被加工材料碰撞，导致无法加工；如果分层加工，由于刀具尺寸过小，会造成加工时间过长，分层数接近于我们选用加工工艺所用时间的倍数。
5. 加工速度可调、可控，可根据材料设置不同的转速及进给速度。经试验验证，单台设备加工一平方米用时可以控制在5小时以内。
6. 加工精度可调、可控，根据需要选择不同的加工精度，精细加工精度可达0.05mm。
7. 节约人力成本和时间，提高了加工效率，提升了生产效益。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种三维实景地形图沙盘的加工方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种三维实景地形图沙盘的加工方法，如图1所示，该方法为：对OBJ格式的电子沙盘数据进行数据重建和图形分割获得片面模型，根据所述片面模型设置加工参数以及生成刀具轨迹，对所述加工参数和刀具轨迹进行加工仿真。最后，使用加工中心设备进行实体加工。
将电子沙盘数据输出，保存为OBJ格式，在OBJ格式数据中，1：1保存了电子沙盘的XYZ三个方向数据，确保了后期加工出的沙盘比例不失真。
所述对OBJ格式的电子沙盘数据进行数据重建，所述对OBJ格式的电子沙盘数据进行图形分割，用Ｇeomagic软件打开导出的OBJ格式数据，进行数据重建。由于所导出的数据是以三角网格形式存在，存在重复及独立片状结构，为了便于后续处理，将所有数据整合到一起，构成整体图形数据，需要将数据点云化、设置点间距、封装、补洞，以便于数据整合。
具体为：
（1）采用1：1000的比例缩放，缩小后，将数据转换为点；
（2）统一采样，设置点间距为0.01mm，使点均布；其目的是使消除小于0.01mm的微细结构；
（3）封装，重新生成三角形构图；
（4）补洞，将重新生成的图形修补空洞；
（5）生成重建数据并保存。
用Ｇeomagic软件将重建数据按照加工设备X、Y轴方向的加工范围大小进行图形分割，按阵列进行编号并以编号命名保存，用阵列编号，保证分割的图形与加工的实体一一对应，便于实体地形沙盘的拼接。
所述根据所述片面模型设置加工参数，具体为：设置粗加工参数：选定刀具路径，选择三维刀具路径的z轴层粗加工。定义刀具，选用Φ25mm的锥柄铣刀。定义粗加工余量为5mm。定义加工方法，选用平行加工，斜向进刀。层间距设为10mm，行间距设为22mm，转速设为7000r/min进行粗加工，进给量尽量给大；设置精加工参数：用加工浮雕方法，定义加工策略，选定x方向平行加工。定义刀具选用Φ4球头铣刀，层间距设置为0.4mm，行间距设为0.5mm，转速设为7000r/min进行精加工。
采用CIMCO Edit V6.2 G软件进行仿真加工。其意义在于查看加工设置及路径是否存在问题，行刀方式是否正确。下刀、抬刀是否存在不合理情况。如有问题，修改加工参数，再进行仿真，直至问题解决。
使用加工中心，依次运行粗加工、精加工程序，实现实体加工。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种三维实景地形图沙盘的加工方法，其特征在于，该方法为：对OBJ格式的电子沙盘数据进行数据重建和图形分割获得片面模型，根据所述片面模型设置加工参数以及生成刀具轨迹，对所述加工参数和刀具轨迹进行加工仿真，最后，使用加工中心设备进行实体加工。
2.根据权利要求1所述的三维实景地形图沙盘的加工方法，其特征在于，所述对OBJ格式的电子沙盘数据进行数据重建，具体为：
（1）采用1：1000的比例缩放，缩小后，将数据转换为点；
（2）统一采样，设置点间距为0.01mm，使点均布；其目的是使消除小于0.01mm的微细结构；
（3）封装，重新生成三角片组合曲面构图；
（4）补洞，将重新生成的图形修补空洞；
（5）生成重建数据并保存。
3.根据权利要求1或2所述的三维实景地形图沙盘的加工方法，其特征在于，所述对OBJ格式的电子沙盘数据进行图形分割，具体为：按照加工设备X、Y轴方向的加工范围大小进行分割，按阵列进行编号并以编号命名保存，用阵列编号。
4.根据权利要求3所述的三维实景地形图沙盘的加工方法，其特征在于，所述根据所述片面模型设置加工参数，具体为：设置粗加工参数：选定刀具路径，选择三维刀具路径的z轴层粗加工，定义刀具，选用Φ25mm的锥柄铣刀，定义粗加工余量为5mm，定义加工方法，选用平行加工，斜向进刀，层间距设为10mm，行间距设为22mm，转速设为7000r/min进行粗加工，进给量尽量给大；设置精加工参数：用加工浮雕方法，定义加工策略，选定x方向平行加工，定义刀具选用Φ4球头铣刀，层间距设置为0.4mm，行间距设为0.5mm，转速设为7000r/min进行精加工。
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