基于Hilbert填充曲线的自由曲面刀具路径规划研究

利用平面Hilbert填充曲线生成方法简单、易于控制填充疏密的优点,将其用于了自由曲面数控加工刀具路径的生成.对平面Hilbert填充曲线的生成原理进行了研究,用矩阵运算的方法生成该曲线.结合自由曲面的形成过程,提出将平面Hilbert曲线通过与曲面参数域相对应的方法映射到曲面上,进而生成加工刀具路径的思想.最后用一个具体应用实例验证了生成平面Hilbert曲线方法的正确性,和用此曲线作为数控加工刀具路径的可行性.通过与经典刀具路径生成方法比较可见该方法具有算法简单,加工余量均匀,加工效率与表面质量高的优点.     

FDM成型技术中的扫描路径生成方法研究

针对FDM成型技术中扫描填充方法直接影响成型件的质量,比如翘曲变形问题,对FDM成型技术中的轮廓偏置扫描填充和Z字型扫描填充进行了研究分析,提出了轮廓偏置和Z字型的混合路径扫描填充方法。并且,在提出的算法中加入了把打印起点和打印终点置于打印模型内部的方法。通过打印测试,证明该方法可以提高成型件的质量。     

Hilbert填充曲线用于刀具路径生成的算法及改进研究

对Hibert填充曲线的生成方法进行了研究,建立了平面Hilbert填充曲线与Bezier参数平面之间的映射关系,得到了平面Hilbert填充曲线到空间曲面的映射规则和相应算法。针对该方法用于刀具路径生成时存在转向过于频繁等缺点,为了减小加工过程中对刀具和工件的冲击,提出了用倒角或圆弧进行过渡来代替原来的直角过渡的方法生成加工刀具路径。针对改进后的生成刀具路径的方法编制了仿真程序,对改进前后的刀具路径的长度和生成时间进行对比分析。通过一具体曲面加工路径生成仿真,验证了该方法的有效性。     

复合式路径填充算法的熔融沉积制造

熔融沉积制造(FDM)是一种用填充方式来得到每层截面的快速成形工艺。因为填充路径的好坏直接影响着制件的质量和加工效率,所以选择一种合适的路径填充算法就显得非常重要。在众多路径生成算法中,复合式扫描法由于在制件精度和加工效率上的诸多优势,成为近期的研究热点。针对凹多边形凸分解得到的子区,应用一种偏置与直线复合式算法,对多边形轮廓进行填充。复合式路径填充算法作为FDM快速成形路径生成软件的核心算法之一,已成功应用在实际加工中。     

增材制造中基于体素的并行偏置填充算法

为了提高增材制造处理时偏置算法计算效率，解决轮廓互相交和自相交问题，提出一种基于体素的并行偏置算法。该算法首先将待填充切片转换为图像结构，并记录交点线段索引，以实现信息继承；然后利用图形处理器(GPU)多线程执行，并行完成轮廓的填充和偏置运算；最后将信息还原为矢量图形结构时，利用线段索引减少计算结果的数据量，实现模型的GPU并行化偏置。通过实验验证了算法的有效性，且有效避免轮廓相交问题，与已有算法相比显著提高了处理效率，尤其适用于复杂模型的偏置填充。     

恒切削力2D轮廓铣削刀路优化研究

针对零件轮廓曲率半径和精加工余量对切削力的影响,通过正交切削实验,获得轮廓曲率半径、精加工余量与峰值切削力之间的相互影响关系,提出了一种适用于变曲率轮廓铣削的恒切削力2D轮廓铣削刀具路径生成算法。通过生成一条新的偏置路径,即修正的半精加工刀具路径,调节精加工路径各处余量。将此算法应用于包含自由曲线轮廓的不规则型腔加工,结果表明,该算法可以使精加工中的峰值切削力维持在一个恒定的状态,从而改善了加工质量。     

基于矩阵运算的裁剪Hilbert填充曲线生成

对于Hilbert曲线的生成,经典的生成方法是基于分形理论的,主要有两种方法,一个是多边形翻转法,另一个是L系统法,这些方法描述起来比较抽象,编程实现繁琐.为了方便快速生成Hilbert填充曲线,采用矩阵运算的方法描述了该曲线的生成,用Matlab编程软件绘出不同阶次的曲线图形.直接由算法引导生成的曲线,填充的有效区域...     

基于线段拓扑关系的轮廓偏置算法

已有的偏置算法大多限于简单图形,远远达不到真实的增材制造零件的复杂结构要求,因此提出一种基于线段拓扑的轮廓偏置框架。研究了偏置异常的种类和形成机理,提出线段重合、(自)相交、成环、环反向、环失效等多环处理算法,实现了对复杂异常的处理;探究了边界上局部尖角的形成机理和影响,提出修补式光顺算法对邻边夹角进行了优化,基本消除了奇异尖角和空洞缺陷问题,保障了算法的稳定性。使用C++语言编写算法程序,与CGAL几何图形库的偏置算法结果相比,该轮廓偏置方法计算速度更快,且规划的路径更符合加工设备的加工几何特点;与平行线扫描和分区扫描等其他扫描方式进行对比,该轮廓偏置的规划路径总长度相对较小,扫描效率综合更高。     

基于参数线法的填充曲线刀具路径生成方法研究

参数线法刀具路径生成是曲面加工常用的方法,为了缩短走刀路径,将空间填充曲线生成思想融入路径生成过程中,提出基于参数线法的填充曲线刀具路径生成方法.在参数线网格上以最短哈密顿路径算法为指导来生成填充曲线,达到优化参数线刀具路径的目的.通过实例验证了方法的可行性.     

复杂曲线、曲面高速加工中的最高恒定进给速度算法研究

分析了曲线、曲面轮廓数控加工中,刀具路径曲线的几何特性与机床运动学的关系,建立了刀具沿曲线恒速进给的运动学方程;基于虚功原理推导出刀具路径几何特性、机床特性及进给电机特性之间关系的动力学方程;给出了在加速度、进给电机额定转矩及额定转速约束条件下,刀具沿曲线进给时的最高恒定进给速度算法.在满足约束条件范围内,选择合适的恒定进给速度,既能获得均匀的表面粗糙度,保证加工质量,又能获得较高的加效率.     

选择性激光烧结复合扫描路径的规划与实现

激光扫描路径是选择性激光烧结系统 (SLS)的关键技术之一。针对目前常用激光扫描路径的缺陷 ,提出了基于轮廓环偏移与分区变向填充相结合的一种复合激光扫描路径规划方法。文章给出了这种激光扫描路径的轨迹生成过程、轮廓环的修整、环分组以及环偏移扫描与分区扫描之间的厚度确定方案。并对其中图形运算算法进行了优化。从模拟制造结果可以看到这种激光扫描路径规划方法能够克服其它扫描路径中的一些缺陷     

Tool path generation for contour parallel milling with incomplete mesh model

In this paper, a tool path generation method for contour parallel milling based on an incomplete two-manifold mesh model, namely, an inexact polyhedron which is widely used in recent commercialized computer-aided manufacturing software systems is presented. The method consists of three major steps: machining area detection, 2D offset, and path linking. Machining areas obtained from a mesh model are closed 2D lines. Thus, offsetting closed lines is essential to generate mesh-based contour parallel tool path. For contour parallel path elements, a new offset algorithm for closed 2D lines with islands is introduced and the result is illustrated. The main point of the proposed algorithm is that every point is set to be an offset using bisectors, and then invalid offset lines, which are not to be participated in offsets, are detected in advance and handled with an invalid offset edge handling algorithm in order to generate raw offset lines without local invalid loops. As a result, the proposed offset method is proved to be robust and simple, moreover, has a near O(n) time complexity, where n denotes the number of input lines. The proposed algorithm has been implemented and tested with 2D lines of various shapes. Finally, contour parallel path is made through linking offset path elements.     

基于Voronoi图的型腔加工刀具轨迹规划算法

Voronoi图是计算几何中非常有用的工具,它将几何多边形划分为若干子域,每个子域分别对应轮廓中的某段,子域中的任一点到对应的轮廓段距离最近,在各个子域中分别构造对应轮廓段的等分线。把该算法应用到型腔加工中,生成型腔结构的Voronoi图;然后在此基础上利用等距偏置法,生成型腔加工的刀具轨迹。该算法的应用不仅能消除传统刀轨算法中产生的多余环和自交环,避免过切现象,还能提高计算效率和加工精度。     

快速成形制造实体分层软件中填充扫描轨迹的研究与实现

着重分析了填充扫描轨迹算法,和以牺牲空间为代价的时间优化算法。提出了一种轮廓线线段主动搜索扫描线的填充思想,较大程度地提高了填充扫描速度。同时给出了两种算法的性能比较和实例运行效果,为自主开发RP软件技术作了有益的尝试。     

型腔环切加工的非均匀偏置算法

提出用于型腔加工的一种新型刀轨计算方法－非均匀偏置算法。理论分析及实例计算均证明,在保证遍历加工区域的前提下非均匀偏置刀轨比传的刀轨形式更的加工效率。     

基于图象数据的平面图形加工数控编程方法

提出了根据图象数据生成行切加工刀路的区域填充算法和用于环切加工方式的适应性包容盒 (AIB)方法 ,用这两种算法可将平面图形的图象数据转化为分段直线 ,生成行切和环切加工刀路。基于这两种算法开发的CAD/CAM实用系统ImageCAM可实现图象输入、图象处理、自动编程和加工仿真的一体化。     

基于有效交叉点搜索的PS边界补偿重建算法

研究了快速成形数据处理中封闭PS边界曲线补偿重建算法，分析了快速成形数据处理过程中截面多边形补偿的特点及有效交叉点形成规律。提出了基于有效交叉点搜索的补偿边界重建的新算法。该算法在已开发的RPM数据处理软件中得到成功应用，可提高已有数据处理软件的稳定性，实现了RPM的OFFSET加工轨迹的生成。     

Experimental-based optimization of polymer injection molding process parameters using anfis-ga method

Compared with ordinary injection-molded parts, the slender, cantilevered, and thin-walled plastic parts are harsh on the injection molding process conditions. For complexity and particularity, it is difficult to form such parts. It is also more likely to cause excessive warpage deformation, affecting the molding quality and performance. The automobile audio shell is a typical slender, cantilevered, thin-walled plastic part. When the mold structure and material are determined, optimizing its injection molding process is the most economical and effective method to manufacture the products with the optimum properties. In order to minimize the warpage deformation, the adaptive network based fuzzy inference system (ANFIS) and genetic algorithm (GA) were adopted to optimize the injection molding process parameters. In particular, considering the high-dimensional nonlinear relationship between the process parameters and the warpage, the ANFIS is constructed as the prediction model of the warpage. Then, the GA is used to globally optimize the prediction model to determine the optimal process parameters. The results show that the optimization method based on ANFIS-GA has a good performance. The warpage is reduced to 0.0925 mm while reduced by 88.25 %. The optimal injection molding process parameters are used for simulation and manufacture, verifying the effectiveness and reliability of the optimization method.

     

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。