烟气轮机动叶片的参数化建模及加工仿真

运用NURBS曲线拟合算法将节点插入算法应用到动叶片截面型线造型中,采用UG软件中的NURBS样条曲线构造器功能在多个截面上准确绘制出动叶片的截面曲线造型,并利用NURBS曲面造型模块生成烟气轮机动叶片的实体模型。对零件结构特点进行工艺分析,运用UG的加工模块进行加工仿真,生成刀具轨迹并进行试验加工,为后续烟气轮机动叶片的数控加工提供依据。     

面向STL文件的截面轮廓线段连接方法研究

针对3D打印中模型数据的截面轮廓求取问题,分析STL文件的计算机数据格式特征,提出面向STL文件的截面轮廓线段连接算法.首先,通过STL文件的相交面片选取与求交计算,直接生成相交截面的轮廓线段;然后,通过轮廓线段的连接判断,快速生成模型数据的截面轮廓;最后,借助PythonOCC的开源三维模型显示平台,使用Python的计算机编程语言编程开发面向STL文件的截面轮廓生成模块,并通过多个模型的数据测试对所提算法的有效性给予验证.实验结果表明,所提算法可完全避免模型数据的拓扑数据操作,并通过STL文件的直接数据处理,直接实现3D打印中模型数据截面轮廓的快速生成.     

基于截面特征约束的涡轮叶片重构技术

为了解决涡轮叶片在其产品改型、气动优化、叶片修复等实际工程问题需要建立实物数字化模型的问题,采用截面特征技术与二维草图约束功能相结合应用于模型重构。针对涡轮叶片几何特征和气动设计要求,将涡轮叶片点云切片截面曲线分层表达为曲线元并分段进行差值拟合,基于二维草图约束技术对截面曲线进行几何特征约束,构造出满足约束条件与数据点逼近的最优曲线并放样生成曲面。结果表明,基于截面特征的反求工程技术与二维草图曲线约束优化技术相结合,可以快速、准确构造出复杂曲面,提高了逆向建模的效率,为快速重构模型提供了一种方法。     

面向快速成型制造的CAD平台内嵌式通用接口

面向快速成型设备的CAD平台中的内嵌式通用接口，可直接在CAD建模环境下零件模型实施自适应直接切片操作，同时生成以片层结构数据为单位的快速成型接口文件，该接口使用NURBS曲线对各截面的片层结构轮廓进行精确地解析重构；依据重构后的NURBS截面轮廓，自动填充功能可精确地生成快速成型设备的X，Y向栅线扫描路径。实验数据表明，与利用STL模型切片获得的得的多义线轮廓对比，经NURBS解析重构后的自适应直接切片轮廓与原始轮廓间的拟合误差降低98％以上，所需的NURBS线段数目减少77％以上。     

3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法研究

针对3D打印三维模型直接转换成STL文件进行切片分层处理过程中,存在模型表面信息缺失、打印精度不高等问题,提出了面向3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法。该算法利用Z轴方向特征曲线的方法得到打印制件外轮廓曲线,采用微元思想对模型分段处理,确定打印方向与外轮廓切线夹角的关系,运用概率统计、叠加求和等数学理论求出每一层切片的自适应分层方法。通过实例打印表明,该算法减少了转换成STL文件时的信息缺失,提高了3D打印的精度与效率。     

立式捏合机搅拌桨曲面的NURBS表示与误差分析

依据搅拌桨水平截面轮廓线的理论坐标点,反求生成了NURBS曲线;按照搅拌桨的螺旋升角,生成了一组不同高度截面轮廓线的NURBS曲线;利用蒙皮方法,生成了搅拌桨的NURBS曲面。提出了一种新的控制顶点投影法求解点到NURBS曲面最小距离的算法,用于计算搅拌桨的NURBS曲面的重构误差。结果表明,立式捏合机搅拌桨的NURBS曲面重构精度高,研究结果可为搅拌桨曲面优化设计提供借鉴。     

人工骨个性化定制与激光快速成型

复杂曲面的人工骨个性化定制与激光快速成型一直是人工骨设计与制造的难点,针对此问题提出了一种由自然骨CT切片数据构建STL模型并采用激光快速成型的方法。首先对自然骨CT切片进行目标边缘提取,并采用八邻域跟踪算法获取自然骨的轮廓数据;然后,为满足激光快速成型对层片厚度的加工要求,建立相邻断层切片上的轮廓匹配点对,根据轮廓匹配点对,线性插值得到中间过渡轮廓数据,并采用三次样条曲线对自然骨轮廓进行拟合;最后采用最小对角线三角剖分法生成自然骨的STL模型,并通过激光快速成型机打印出人工骨。试验验证了方法的可行性与有效性。     

EPS的STL模型连续热切割技术加工研究

基于STL(标准模板库)模型投影轮廓的连续切割技术对EPS(聚苯乙烯)建筑模型加工进行研究,提出了分组矩阵切片算法,并在每组中建立局部拓扑关系提高分层切片的效率,结合截面轮廓求并算法,应用于投影轮廓连续切割技术,解决了非对称曲面在加工过程中与热丝的干涉难题。开发出基于STL模型投影轮廓轨迹的自动编程系统,以此作为软件平台结合五自由度建筑初模的数控热切割加工装置的硬件设施,实现了建筑模型加工。实验结果表明,该系统能高效、准确加工出所设计的建筑模型。     

基于STL模型垂直切片的支撑自动生成算法研究

针对光固化等快速成形工艺中须对零件加支撑的需求，本文提出一种新的支撑自动生成算法。该算法基于STL模型提取零件的悬吊点、下棱线、待支撑下表面的轮廓线等待支撑区域的关键特征，根据它们在形平面的投影特征来优化布置分层基准线并进行垂直切片，应用所提出的基于垂直截面轮廓内待支撑边生成支撑多边形的算法，生成相应的变厚度薄壁形支撑。实际应用表明，该算法能够对成形零件的待支撑区域自动添加准确有效的支撑。     

基于层析法的气缸盖模型重构研究

基于层析法反求设计原理,对复杂内腔类零件模型重构的技术方法进行了研究。根据内腔类零件的结构及功能特点,探索了分块、分特征地拟合轮廓曲线,分截面、分特征地重构各曲面片体的反求设计方法;并用此方法实现了某型四缸发动机气缸盖的模型重构,提高了拟合质量和精度,解决了气缸盖模型的重构问题。对重构类似内腔零件具有参考指导意义。     

反求NURBS曲线及其插补算法的研究与应用

在模具设计和制造中,通过三坐标测量仪测量出复杂产品外形曲面上的型值点,通过NURBS反算构建NURBS模型。现代计算机数控系统中已经普遍使用NURBS插补,但大多数NURBS插补算法都致力于取得恒定的进给速度而不是轮廓精度。因此,提出限定弓高误差自适应进给速度的NURBS曲线插补算法,实现产品的精确造型与精密加工。     

快速成型技术中分层算法的研究综述

作为快速成型技术中必不可少的环节,根据对零件制造精度和装配要求及效率的侧重不同,多年来多种分层算法已被国内外学者开发出来。在同等加工条件下,根据加工精度要求和层厚变化的不同,将分层算法大致分为等层厚分层算法和适应性分层算法两类。从常用的立体光刻(STL)模型、原始计算机辅助设计(CAD)模型和点云数据3种数据模型入手,简述了两类分层算法的研究和发展;介绍了采用斜边的分层算法、基于区域划分的混合算法、曲面分层算法等先进分层算法;讨论了分层算法中待解决的问题:直接分层算法的文件格式标准和轮廓的精确拟合等问题。最后,总结得出了分层算法未来的研究方向和趋势。     

3DP分层切片中基于点云射线投影的NURBS曲面切片算法

给出用于三维打印机的分层切片算法。利用打印模型点云图像不同方向的分形维数参数和切片层数来确定切片方向;通过建立点云在切平面映射的NURBS曲线来拟合模型轮廓线,然后产生打印机使用的指令G代码。设计λ进制数来确定切片方向。λ进制数由两个要素组成,其一是分形维数D,其二是切片层数N,D和N都是越小越好。确定了打印方向后,可进行切片处理,得到切平面。点云图像的散乱点映射到切平面,这些点用带一定偏移量的射线来划分,射线与点云交点就是形成NURBS曲线的控制点。详细给出控制点寻找以及建立NURBS曲线及曲面的过程。首先引入分形维数参数D作为重要参数来确定切片方向,使用λ进制体系优化打印方向,提出高效的射线分割算法来分割点云,并使用NURBS曲线拟合来获得精确的边界轮廓。通过两个模型验证该算法误差都在公差允许范围内,优化了打印方向,提高了打印速度。     

RE/RP集成系统中基于STL的精确分层方法

为克服STL网格化文件存在容易丢失精度等固有缺陷,提出基于STL的精确自适应分层系列算法,从提高分层截面的轮廓曲线精度出发,同时考虑到后续数控插补的适应性,采用曲率连续的适应性强的Clothoid曲线拟合算法,重构曲线轮廓并得到拟合加工点;同时在自适应分层中采用垂直轮廓参考曲线上点的切线角决定切片的厚度,有效提高了切片精度和效率,最后采用熔融沉积成形系统进行快速成形验证。结果表明,该方法有效减小了原有的STL格式文件的固有误差,提高了快速成形制件的加工表面质量和效率。     

基于STL文件的实体分割算法研究

由于快速成型机加工尺寸的限制,难于制造尺寸较大的零件。针对这一问题本文提出一种基于STL文件格 式的实体分割算法,对STL文件分割过程中的关键问题进行了详细地论述,包括:截面轮廓的生成,截交三角面片的 处理和截面轮廓的三角化算法;通过对STL文件的分割处理,提高了快速成型系统对大尺寸零件的制造能力。     

基于分层切片算法的射钉器壳体逆向工程与增材制造的应用研究

基于STL文件的三角面片分层切片算法原理,选用企业新型产品射钉器壳体为载体,进行贴标志点、扫描、点云数据分析处理、曲面实体三维建模重构、三维曲面的创新设计,得到新的曲面模型零件,应用三角面片分层切片算法,对三维曲面模型数据进行分层处理。在3D打印软件中进行相关打印参数设置,完成3D增材制样打印。经检测,打印样件能满足工业产品的要求。可见应用增材制造,可提高企业产品的生产效率,降低生产成本。     

改进遗传算法与拟随机序列结合评定自由曲线轮廓度误差

为了高效率、高精度检测自由曲线和曲面零件并计算轮廓度误差,提出将改进遗传算法与拟随机序列结合来评定自由曲线轮廓度误差.首先,针对自由曲线因没有已知的解析表达式而常用离散点表示其轮廓的特点,采用非均匀有理B样条(NURBS)来表示自由曲线,并用改进遗传算法优化重建自由曲线;然后,应用拟随机Halton序列均匀产生参数值精确计算点到曲线最短距离.阐述了自由曲线重建时控制顶点及目标函数值的计算方法,确立了改进遗传算法重建自由曲线及采用拟随机序列生成参数值求解点到曲线最短距离的具体步骤.最后,针对仿真实例计算并实测零件曲线轮廓度误差.结果显示,自由曲线轮廓度误差评定精度高于99％,表明提出的方法算法简单、计算速度快、精度高,适于在工程计量中推广应用.     

自由曲面加工中NURBS曲线的插补实现

针对复杂型面零件的高精度曲面加工,传统上应用直线、圆弧和螺旋线等插补。由于曲面轮廓离散成大量微段直线或圆弧来加工,这不仅使编程复杂、代码量膨胀,而且不可避免地带来逼近误差,影响零件的加工精度、表面粗糙度和生产效率。提出一种NURBS曲线的实时插补算法,它基于NURBS曲线的参数表示法来求出优化的曲线参数,实现了NURBS曲线高速、高精度加工的插补控制。试验的结果表明,这种插补方法是有效的。     

快速成型技术中分层算法的研究与进展

根据对零件制造精度和效率的关注程度的不同,开发出了多种分层算法.在同等加工时间的情况下,根据加工精度的不同,将这些分层算法分为等层厚分层算法和适应性分层算法两类.通过对STL模型、原始CAD模型和点云数据的分析,讨论了两类分层算法的研究和发展,然后介绍了斜边分层算法和曲面分层算法等先进分层算法的原理和成果,最后讨论了快速成型分层算法的研究方向和趋势.     

复杂非均质体参数化模型的切片及支撑点求解

针对复杂非均质NURBS体参数化模型(以下简称HNURBS体)的三维打印,给出切片及支撑点求解算法。首先构建复杂HNURBS体,实现材料信息连续可视化表达。对HNURBS体进行六面体单元采样,并和一系列切平面进行求交运算,通过截面边界轮廓的提取,得到单连通和多连通截面区域轮廓及内部材料信息的参数化表达。对相邻的两切片轮廓进行布尔运算,得到三维打印模型的支撑点添加位置。实例结果表明,算法能准确高效地生成复杂HNURBS体的切片数据及支撑点位置,从而为多材料实体三维打印提供技术支持。