The Study on Computer-Aided Parametric Design and Manufacture for Femoral Stem 潘青義、佘振華
E-mail: 9419528@mail.dyu.edu.tw
ABSTRACT
Based on the parametric dimension offered by the femoral stem database which is referred by related researches, this paper develops the interface for constructing 3D CAD model of femoral stem in IGES format using Borland C++ BuilderR. The generated CAD model can be imported into various commercial CAD systems for further modification. The purpose of this research is to develop the window-based interface to provide the femoral stem’s parametric dimension design and 3D model display. The commercial CAD system (Solid Works) is used to read the output IGES file and verify the dimensional size. The developed system can also provide the functions such as detailed dimension setting, cutting tool path planning and NC code generation. Moreover, the generated NC code for mold is verified by the solid cutting simulation software (VERICUT) and can be used as the basis to manufacture the associated mold rapidly.
Keywords : femoral stem ; parametric design ; NC code ; IGES file
Table of Contents
目錄 封面內頁 簽名頁 授權書 iii 中文摘要 iv 英文摘要 v 誌謝 vi 目錄 vii 圖目錄 ix 表目錄 xii 第一章 緒論 1 1.1研究動機與目 的 1 1.2相關文獻回顧 2 第二章 人工髖關節簡介 4 2.1髖關節構造 4 2.2人工髖關節置換術 5 2.3人工髖關節元件介紹 6 第三章 研究方法 11 3.1參數化與變數化設計 11 3.2 IGES檔案格式介紹 12 3.2.1 ASCII格式介紹 13 3.2.2常見圖元介紹 15 3.3人工股 骨莖參數化設計流程 24 3.4模型加工規劃 25 第四章 人工股骨莖參數化系統介紹 29 4.1程式架構流程介紹 29 4.2人工股骨莖 參數建立流程 31 4.2.1人工股骨莖參數定義 31 4.2.2演算法則 34 4.2.3曲面建立 38 4.3程式各功能介紹 48 4.3.1尺寸參數設定 49 4.3.2視窗顯示 53 4.3.3檔案儲存 55 第五章 結果與討論 60 5.1範例實作 60 5.1.1參數化設計流程 60 5.1.2 VERICUT模擬 64 5.2 實作結果 68 第六章 結論與展望 70 6.1結論 70 6.2展望 71 參考文獻 72 圖目錄 圖2.1 髖關節構造圖 4 圖2.2 全人工髖關 節換置術 6 圖2.3 人工髖關節再換置術 6 圖2.4 人工關節組件示意圖 7 圖2.5 人工髖關節元件材質 8 圖2.6 人工股骨莖種類圖 9 圖2.7 可調整式人工股骨莖 9 圖2.8 人工髖關節結合方式 10 圖3.1 IGES圖元100示意圖 16 圖3.2 IGES圖元102示意圖 17 圖3.3 IGES圖元110示意圖 18 圖3.4 IGES圖元120示意圖 19 圖3.5 人工股骨莖參數化設計流程圖 25 圖3.6 製程規劃示意圖 26 圖3.7 往復式加工示意圖 27 圖3.8 等高線加工示意圖 27 圖3.9 刀具路徑示意圖 28 圖3.10 後處理示意圖 28 圖4.1 程式介面 圖 29 圖4.2 程式架構流程圖 30 圖4.3 X光片正面重要參數 31 圖4.4 X光片上正面及側面重要參數 32 圖4.5 模型設計參數圖 32 圖4.6 人工股骨莖重要參數設計圖 33 圖4.7 曲面實際點建立流程圖 34 圖4.8 建立邊緣曲線示意圖 37 圖4.9 各曲面示意圖 38 圖4.10 曲面1實際點建立步驟1示意圖 38 圖4.11 曲面1實際點建立步驟2、3示意圖 39 圖4.12 曲面1實際點完成示意圖 40 圖4.13 曲面1管理圖元部份資訊 40 圖4.14 曲面1參數資料部份資訊 41 圖4.15 建立曲面3實際點示意圖 42 圖4.16 曲面3與曲 面4實際點完成示意圖 43 圖4.17 曲面3管理圖元部份資訊 43 圖4.18 曲面3參數資料部份資訊 44 圖4.19 建立曲面5實際點示 意圖 45 圖4.20 曲面5實際點完成示意圖 46 圖4.21 曲面3管理圖元部份資訊 46 圖4.22 曲面5參數資料部份資訊 47 圖4.23 模 型完成圖 48 圖4.24 程式系統功能介面圖 49 圖4.25 比例定義 51 圖4.26 自訂尺寸 51 圖4.27 細部參數設定圖 52 圖4.28 顯示 區 53 圖4.29 計算點資料後顯示圖 54 圖4.30 大小縮放圖 54 圖4.31 移動與旋轉圖 55 圖4.32 IGES檔案儲存位置圖 55 圖4.33 IGES檔輸出流程圖 56 圖4.34 路徑規劃介面圖 57 圖4.35 上模粗切削存檔流程圖 58 圖4.36 上模精切削存檔流程圖 59 圖5.1 9號IGES前視圖 61 圖5.2 9號IGES立體圖 62 圖5.3 自訂IGES前視圖 63 圖5.4 自訂IGES立體圖 63 圖5.5 上模切削完成圖 65 圖5.6 下模切削完成圖 65 圖5.7 比對格式圖 66 圖5.8 比對完成圖 67 圖5.9 比對數據圖 67 圖5.10 粗切削完成圖 68 圖5.11 人 工股骨莖切削完成圖 69 表目錄 表3.1 IGES各區間定義 13 表3.2 圖元資料結構 14 表3.3 常見的幾何圖元 15 表3.4 常見的註 解圖元 15 表3.5 常見的結構圖元 16 表3.6 圖元100各參數定義 17 表3.7 圖元102各參數定義 17 表3.8 圖元110各參數定義 18 表3.9 圖元120各參數定義 19 表3.10 圖元124各參數定義 20 表3.11 圖元126各參數定義 21 表3.12 圖元128各參數定義 23 表3.13 加工法分類表 26 表4.1 參數範圍值 50 表4.2 號碼分類表 50 表4.3 細部參數範圍值 52 表5.1 9號人工股骨莖各部位參 數值 61 表5.2 自訂人工股骨莖各部位參數值 62 表5.3 路徑規劃參數設定 64
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