文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
人体股骨个性化模型的CAD/CAM技术研究与实现
姓名:陈海峰
申请学位级别:硕士
专业:航空宇航制造工程
指导教师:刘浩
2011-01
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
个性化人体组织模型对于临床术前规划具有重要意义,数控加工是制作硬组织模型的重要
方法。本文以人体股骨为对象,以断层扫描数据为基础进行三维模型设计、刀轨规划和数控加
工,主要研究内容包括:
1) 研究了基于断层扫描数据的股骨三维建模方法,给出了影像分割—轮廓提取—轮廓蒙
面的建模过程。根据源数据灰度分布集中的特点,设计并编程实现了灰度拉伸,提高了阈值分
割的效果;根据初始轮廓噪声较大和分支的特点,提出了曲线 B 样条光顺与脊线设计相结合的
曲面构造方法以及截面线的分区设计方法,提高了曲面的光顺性和拟合精度。
2) 研究了股骨模型的刀轨规划方法。针对股骨模型表面复杂的特点,提出了两轴半加工
与四轴加工相结合的方法。对于四轴加工,采用了截平面法与投影法相结合的原理,在 CATIA
软件中采用四轴加工模块中生成刀具轨迹,提高了刀位点精度,完成了两轴半加工所欠缺的负
角度部分。
3) 研究了股骨模型在四轴数控机床上的加工实现。针对股骨和所用机床夹紧装置的特点,
设计了 L 形的加工毛坯件,大大节省了加工时间。针对粗加工不能使零件表面残留均匀的特点,
设计了半精加工过程中的转角度加工方案。
本文的研究表明,以断层扫描数据为基础的复杂形体 CAD/CAM 所涉及的图形图像理论比
较深刻,使用的工具软件较多,针对这样的 CAD/CAM 需求开发专用的软件系统有利于提高工
作效率。

关键词:断层扫描,三维重建,个性化股骨,B 样条,截面线,数控加工
I
人体股骨个性化模型的 CAD/CAM 技术研究与实现
ABSTRACT
anization model have the important meaning for clinical preoperative plan. NC
machining is important method of making hard tissue model. 3D model design, planning and the NC
machining sword tracks by taking the human body femoral for object and based puted
tomography (CT). The main contents include:
1) Three-dimensional modeling method of the femur based on the CT scan data was given image
segmentation, contour extraction, contour masked the modeling process. According to the source data
characteristics of gray distribution, design and centralized programming has realized gray stretch,
improved threshold segmentation effect. According to characteristic of initial contour error and
contour branch, surface structure method of curve B-spline smoothing and ridge line bined
and section line partition design which can improve the surface smoothness and fitting accuracy.
2) This paper Studies the method by NC tool trajectory planning for the femoral model. Aiming at
the characteristics of the femoral surface plex, one method bining two-axis
semi-processed with four-axis NC machining. For 4-axis machining, adopt the principle which is
plane me