基于STL模型的数控渐进成形模型姿态确定

针对数控渐进成形中板材件容易破裂、厚度不均问题,提出了一种基于STL(S Tereo Lithography)模型的数控渐进成形件模型姿态确定方法。在根据各三角面片的成形角大小差异对三角面片进行筛选的基础上,利用成形角和成形件厚度的关系,通过定量计算各个三角面片的成形角之差来确定模型绕X轴和Y轴的旋转角度,并调整待成形件模型姿态,进而确保各三角面片的成形角之差最小,从而实现数控渐进成形中板材件厚度的均匀化。算法应用实例表明,模型姿态调整后板材件厚度分布更加均匀且厚度差明显减小,厚度差减小幅度为0.413 mm。     

基于三角面-三角形相交检测的五轴数控加工碰撞干涉检测算法研究

碰撞干涉检测速度是五轴数控加工的关键难题之一。为了提高碰撞干涉检测速度,提出一种新的基于三角面片的碰撞干涉检查算法。使用分层OBB和八叉树相结合的算法快速检测出被检测面上可能存在干涉的碰撞叶子节点,将碰撞叶子节点用三角面片表示出来;在包含碰撞干涉叶子节点的三角面片和OBB的三角面片之间,通过三角面片的矢量判别法实现工件表面和加工轴之间的碰撞干涉检测。该算法克服了传统算法速度慢、效率低等问题,提高了碰撞干涉检测的准确性和精度。     

面向数控渐进成形鼓包问题的成形轨迹生成与规划

针对数控渐进成形中鼓包的问题,提出了基于STL(Sterolithography)模型的等高线轮廓扫描、等高线轮廓与底面扫描、各等高层由外向内全扫描和各等高层由内向外全扫描4种挤压工具扫描运动轨迹类型,并给出了基于STL模型顶点偏置算法和多边形边偏置算法的各类型挤压运动轨迹生成方法;同时,采用有限元分析软件对这4种扫描运动轨迹的数控渐进成形效果进行了数字模拟仿真分析。研究结果表明,采用各等高层由内向外全扫描的轨迹进行数控渐进成形时不发生鼓包现象,并且能够减少制件的整体厚度差。     

基于 ＵＧ 的五轴数控渐进成形轨迹生成研究

针对金属板材五轴数控渐进成形轨迹生成的需求,研究了基于UG的五轴数控渐进成形轨迹生成方法.为使挤压工具能够按照用户所希望的方向挤压板材,给出了五轴数控渐进成形中基于前倾角和侧倾角的挤压工具姿态定义方法.研究了基于等残留高度的五轴不等层间距等高线轨迹生成方法以及交错运动轨迹生成方法,并给出了五轴数控渐进成形加工轨迹应用实例仿真.     

基于RANSAC算法的三角网格特征曲面提取

针对三角网格模型中的二次曲面提取问题,利用随机抽样一致性算法(Random Sampling Consensus,RANSAC)提出了一种球面、圆柱面和圆锥面等二次特征曲面的提取算法.该算法首先计算每个顶点的法向量,然后用带顶点法向量的三角面片统一表示每类二次曲面的最小子集,最后利用RANSAC算法进行二次曲面提取.实验结果分析表明该算法具有良好的稳定性和运算效率等特点.     

局部结构的双面多点增量成形方案研究

针对薄壁零件局部结构成形的特点,提出了使用离散工具头代替整体托板支撑的双面多点增量成形工艺方案并验证了其可行性,该方案可实现局部结构的柔性化生产。根据支撑工具头的不同运动方式该方案可分为支撑式和挤压式成形方法。采用有限元建模的方法对比研究了两种成形方法的成形质量。研究表明:两种成形方案壁厚分布规律基本一致;支撑式成形方法的轮廓精度高于挤压式,且其回弹小于挤压式。     

快速成型中STL模型直接切片新算法研究

提出基于快速成型中STL模型直接切片新算法。读取二进制STL模型信息,创建三角面片矩阵;采用二分查找算法实现三角面片与切平面相交分组;再对每一组中三角面片与相交切平面求其交点获得相交线段,去除相交线段间的冗余节点;最后用深度优先搜索算法对切平面中相交线段优化创建轮廓线路径。此算法避免了切平面与三角面片位置关系的判断和建立三角面片之间拓扑信息关系,在切片耗时上具有明显的优势。     

机械手臂中心视觉自动校正方法研究

为了提高机械手臂的运动精度需进行工具中心校正,但是采用自动校正方法需要经过多次重复校正才能得到工具中心的近似坐标值,而且准确度受到操作者的经验与技术的影响。为此,提出利用数个不平行摆放且轴线交于一点的影像传感器,配合视觉伺服完成工具中心点校正。首先,通过机械手臂参考坐标系3个轴向影像位置信息,获取机械手臂与影像传器的坐标转换关系。其次,依次利用各个影像传感器位置信息产生移动向量,使工具中心以不同姿态到达轴线交点取得校正参考点坐标信息。最后,利用校正参考点坐标信息求出工具中心点坐标。验证结果表明,采用所提出的方法可以快速且自动进行机械手臂工具中心点的校正。     

曲面零件激光熔覆轨迹的快速算法与自动生成

目的为满足激光熔覆工艺要求,提出一种针对曲面零件激光熔覆加工轨迹的快速生成算法。方法利用零件的STL格式转换为三角片模型网络,采用切片理论,生成一组厚度为0、方向与轨迹垂直的平面片族,同时将切片之间的距离设置为熔覆搭接率,搭接率取30%。每一切平面与三角面片产生交点,连接这些交点在平面内形成轨迹线段,通过加工过程中激光离焦量的固定值去除多余点,达到质量要求的同时也简化数据量,故提出搜索插补点算法,得到最终轨迹路径点,同时利用插补点在曲面上的法向矢量确定激光姿态,使用UG API与Visual Studio编写适用于激光熔覆轨迹的快速算法与自动生成的程序。结果模型的点云有47 756个数据,提取出了4260个轨迹点作为扫描轨迹,利用本文算法得到了5669个点,通过搜索插补点算法后得到最终轨迹点3861个,节约了搜索时间。将取得的每个点坐标信息与法向量信息传入机械人程序,达到了较好的熔覆质量。结论此方法用于曲面零件的熔覆轨迹规划,具有较好的稳定性和有效性。     

五轴数控三维曲线空间刀具姿态求取方法

针对中国眼镜厂商提出以三维曲线为驱动的眼镜框加工技术,设计了以五轴数控机床为目标机床的专用型CAM加工软件,提高了生产效率。根据五轴加工特点,计算刀具姿态向量成为实现三维曲线驱动CAM系统中的关键一步。通过两个规则来确定刀具姿态向量,运用参数方程法求取并优化计算过程,以得到刀触点处所需要的刀具姿态。应用该方法在CAM软件中生成每一刀触点的刀具姿态,并生成G代码,在目标机床上验证了该方法的可行性。     

铸造CAE系统前处理模块中的若干关键技术

基于OpenGL相关的计算机图形学理论,对铸造CAE系统前处理模块中的STL预览、STL装配及STL校正等功能的实现技术进行了研究,包括STL文件的读写、三角面片的绘制、铸型对象透明效果的绘制、铸型系统三维坐标变换以及三角面片法向量的计算等.开发了相应的图形处理程序并集成到自主开发的铸造CAE系统.使用情况表明,这些关键技术有助于制定合理的网格剖分方案.     

STUDY ON THE PROBLEMS OF CONTACT IN THE NUMERICAL SIMULATION OF SHEET FORMING

1.IntroductionThesimulationofshellformingprocessisoneofthemostactiveaspectsintheresearchofFEManalysisforplasticformingatpresent,itsanalyzingobjectismainlymetalandplasticformingprocess.Therigidviscthplasticfiniteelementmethodisoneofanalysismethodsofsheetformingprocesses.Thismethodisusedinanalyzingpolymerblowmolding[1],vacuumforming,superplasticforming[Z13]andsheetmetalformingI4'sl.Inthismethodtheproblemofcontactisoneofthekeytechnicalproblems,whichisalwaysthekeydifficultytosolveinFEManalysis…     

模型姿态按给定成形方向定向定位方法

在金属板材数控渐进成形中模型姿态决定着成形半锥角,因而对成形件的厚度减薄率和分布具有较大的影响。为了按照能使板材件厚度均匀化的最佳方向或防止某一局部区域板材减薄量过大的方向成形,需要将待成形件CAD模型通过模型变换的方法,按照所希望的成形方向重新定向和定位。提出待成形件CAD模型的三维变换算法和定位算法,使用户能够根据自己所希望的方向进行成形加工。     

面向未知复杂曲面的视点自主规划方法

针对未知复杂曲面的视点规划问题,提出一种基于边界检验进行视点自主规划的方法。基于初始视点采集的曲面点云数据建立网格模型,依据边界边与三角形的关联属性,提取当前网格模型的边界;基于边界边之间的连通性和边界的封闭性,聚类闭合边界,进而根据闭合边界的相对长短区分外边界与孔洞边界;将外边界依据边界间方向向量的夹角偏差进行分段,对应不同潜在趋势面,采用二次曲面拟合估计趋势面并求导计算法矢,结合主成分分析法确定边界最大主成分方向进行视点规划;然后基于孔洞的中心、大小与中心的法向量规划孔洞区域的观测视点;最后使用规划的外边界和孔洞的视点观测当前模型边界,进行真伪边界判断自主决策视点规划是否终止。以汽车后保险杠为规划对象,试验结果表明：该方法能够自主实现未知复杂曲面三维测量时的视点规划任务,平均每个视点规划用时67 ms,总体建模时间用时约6 min;累积覆盖率达到100%,在扫描时间和完整性方面具有良好性能。     

虚拟数控铣削过程的实时建模

以三角片离散法为基础实现数控铣削过程的实时建模;提出了局部搜索算法,用其搜索发生切削关系的点阵并修改其高度值;同时优化了重绘三角片过程中三角片法矢的计算;最后运用显示列表刷新方法来加快重新绘图的速度.实例表明此方法提高了数控铣削仿真的速度和显示效果.     

数控刻楦中刀轴矢量平滑化及仿真

为了解决数控刻楦中刀轴矢量方向相对鞋楦表面法向频繁变换而造成冲击或发生干涉等问题,提出一种刀轴矢量平滑化插值方法。在确定刀触点的情况下,根据鞋楦表面的微分几何性质确定刀轴矢量方向。采用空间矢量光滑插值方法获得一系列中间位置刀轴矢量使刀轴变化较均匀：根据鞋楦误差要求,采用几何变换方法分析切削工步的起始和结束刀触点处的刀轴矢量变化状况。据此估计刻楦误差。以某规格鞋楦数控刻制过程为例对刀轴矢量光顺化方法进行仿真。结果表明,该方法可以避免刀轴方向频繁变换,并有效地提高加工精度。     

板料成形有限元模拟中自适应三角形网格的研究

针对非规则几何区域的有限元网格剖分,提出了栅格法与推进法结合的新的三角形自适应剖分算法、三角形单元网格的动态自适应加密和聚合算法和基于板料模具穿透量的加密判据和基于法矢量的聚合判据,实现了空间三角形单元网格的划分、自适应加密、动态聚合和重划分.     

基于方向矢量的三维刀具半径补偿技术研究

刀具半径补偿技术是CNC系统中的关键技术之一,是加工轨迹插补运算的数据来源与依据。根据编程轨迹及刀具半径值规划出刀具中心的运动轨迹,尤其是轨迹转接点坐标值,是保证零件轮廓精度的必要前提。引入方向矢量的概念,提出一种基于方向矢量的三维刀具半径补偿技术,深入研究三坐标直线加工刀具半径补偿原理与实现方法;根据空间几何要素之间的位置关系,建立编程轮廓刀心轨迹的相应算法。仿真结果证明了该算法的可行性。