基于支持向量机的点云曲面刀具路径规划

针对单值散乱点云曲面刀具路径规划问题,提出了一种基于最小二乘支持向量机的计算方法。在计算过程中,将点云数据向平面投影,得到二维点集。应用网格划分和边界网格内测量点高斯映射技术,提取平面区域内的边界特征点。用边界特征点定义点云曲面的实际加工区域,在此区域内规划平行等间距刀具路径。应用最小二乘支持向量机拟合点云数据,求得被加工曲面的连续表达模型,经此模型将二维刀具路径数据向三维空间映射,求出刀触点数据。将刀触点经法向偏置计算,求得刀位点。实例验证证明,该方法能较好地解决信息不完备散乱点云曲面刀具路径生成问题。      

从测量的散乱数据点云直接生成数控刀具路径的研究

提出了一种直接从测量的散乱数据点云用球头刀对自由曲面进行三轴数控加工时生成刀具路径的方法。不同于现有散乱点云基于逆向工程的刀具路径生成方法,本法考虑并估计了曲面加工误差和粗糙度。将散乱数据点云向XY平面投影,以获得的投影边界为刀具路径的主方向,然后根据曲面所需的加工误差和残留高度要求划分该投影数据点云,得到一系列刀位网格单元。通过最小化每个刀位网格单元的加工误差以确定每个刀位网格的节点位置,加权平均相关联刀位网格节点来对齐相邻刀位网格单元的边缘。为了缩短加工时间,裁去刀位路径上多余的线段,最终生成高效合理的数控加工刀具路径。已用实测的数据点云验证了本法直接生成刀具路径的有效性。     

细分曲面粗加工刀轨生成算法

研究了细分曲面等高粗加工刀轨生成算法。以Catmull-clark细分曲面为研究目标,首先利用基于面误差的自适应细分算法构建粗加工模型,该方法构建的模型不仅具有均匀的加工余量,且能完全包围精加工模型,;然后采用层切法生成切层轮廓,在计算切削区域边界轮廓时采用了有效边追踪算法,该算法可以有效快速正确的得到每层的加工区域;为了验证算法的可行性及有效性,最后给出了加工实例,实例表明该方法可以有效地控制加工模型的网格数量,并能快速地生成粗加工刀轨。     

《机械工程学报》英文版2007年第20卷第5期目次、摘要预告

散乱点云直接生成粗加工刀具路径吴世雄王成勇樊晶明(广东工业大学机电工程学院广州510006)摘要:提出散乱点云直接生成无干涉粗加工刀具路径方法,采用层切法去除材料。把散乱点云转化为截面数据,并建立刀路网数据结构以存储刀路数据。提出优化的子区域划分法则及无干涉刀位计算法则。最终以z字形走刀方式链接刀具路径,该过程可转化为旅行商问题。试验表明,该种方法可以获取优化的刀具路径,计算效率高,并可避免干涉出现。关键词:粗加工刀具路径散乱点云中图分类号:TP274     

层切法模具粗加工中自适应刀轨规划方法

目前,模具粗加工方法是制约模具数控加工效率提高的重要因素,为此,深入探讨了基于层切法的零件模具数控粗加工方法,简述了层切法中计算机辅助设计3维模型分层方法,详细论述了截面上数控加工轨迹生成和规划方法。研究了目前层切法刀具轨迹生成算法的不足,提出了刀具环形轨迹的自适应规划方法。根据层面边界曲率在已有粗加工刀具中自动选择粗加工刀具规格,实现了刀具优化选择的目的。应用该方法可以减少粗加工余量,提高粗加工速度,进一步提高零件模具数控加工效率。     

基于改进型Butterfly细分的三角网格自由曲面环形刀具轨迹规划

针对刀具轨迹连续性差、切削刀具负荷波动大的问题,提出一种基于改进型Butterfly细分的三角网格曲面环形刀具轨迹规划方法。以三角网格曲面的几何特征为基础构建曲面定点数据表达结构,结合环形刀的几何特征对刀触点(CC点)的刀具曲面及工件曲面进行几何分析,构建三角网格曲面环形刀切削模型。根据切削刀具干涉原理计算刀具的最小前倾角以获得切削路径的最大宽度,并据此采用改进型Butterfly细分方法对三角网格曲面进行细分,使刀具轨迹的行距达到切削路径宽度的要求。以曲面轮廓曲线为初始刀具轨迹,沿着三角网格边界进行螺旋型刀具轨迹刀触点(CC点)的逐行规划,最终根据环形刀几何模型求解刀心(CL点)位置。根据选择的刀具参数和给定的残余高度要求,仿真生成的三角网格曲面螺旋刀具轨迹的连续性好,从而降低了切削刀具负载的波动,最后通过机加工实验验证了刀具轨迹的可行性。     

基于移动最小二乘法测量数据的数控刀轨生成

为解决激光快速成型方法精度和效率低的问题,提出了一种采用移动最小二乘法将测量数据直接生成粗精加工刀具路径的算法,并对拟合误差进行了分析.粗加工采用层切法快速切削材料,首先按照粗加工余量生成偏置点云,采用移动最小二乘法拟合点云切片数据,并生成偏置曲线,划分子加工区域,生成Zigzag方式的粗加工刀具轨迹.精加工采用球头刀保证加工精度,按照球头刀半径偏置点云并删除局部干涉的点生成偏置点云,对偏置点云进行切片处理.并拟合确定刀位点,有序连接生成精加工刀位轨迹.实验结果表明,粗加工具有较高的效率,精加工能够满足给定的加工精度并避免局部干涉.     

散乱三维测量数据构建三角形网格模型的研究

三角网格模型广泛应用于曲面重构、快速原型制造和三维真实感显示等领域.针对三维测量得到的无拓扑关系的散乱无序点集,提出了一种三角网格模型构建算法.首先进行点云粗分组,然后从最高点根据Delaunay划分原则,按照循环扩展的思路生成三角形网格.通过控制合适的三角形生长条件,有效避免了三角面片交叉错乱、退化、法向量不一致缺陷.应用实例表明,该算法能有效完成各类复杂型面三维测量数据的三角网格模型构建.     

在优化的刀具路径上运行粗加工策略

正长期以来,使用CAM系统进行刀具路径优化已屡见不鲜,尤其是在模具行业中。然而,加工车间最近开始将这种能力与相对较新的加工策略和专门设计的整体旋转切削刀具配合使用,以优化粗加工操作。这种基于CAM的粗加工(或称为动态铣削)策略将刀具的接触弧和平均切屑负荷作为关键因素。通过经由CAM生成的刀具路径来操纵刀具的     

基于表面数据点集的产品CAM方法

产品表面数据是计算机辅助应用的重要前提,研究了基于表面数据点集的产品CAM方法。根据曲面参数线加工方法,提出了针对规则点集的参数线加工方法;研究了针对散乱点集的通用的刀具轨迹计算方法,根据已经确定的加工方式和加工路径,通过计算模型中的点在刀具进给方向上到刀具模型表面的最短距离得到刀具位置点。     

基于中轴变换的槽腔特征相似性评价方法

为实现对已有槽腔特征数控加工工艺的有效重用,提出一种基于中轴变换的槽腔特征相似性评价方法。将槽腔特征转化为二维加工区域轮廓图,利用中轴变换算法获取轮廓图中轴并作为参考刀具路径;提取局部内切圆参数,依据局部内切圆半径与极限刀具半径的关联映射关系,构建加工刀具半径可行域以及对应有效切削弧长集,实现加工刀具几何属性和切削属性的有效表征;构建层次化相似性加权评价模型,计算两槽腔特征的整体相似性。实验结果表明,该方法能够作为数控工艺重用的判断依据,提高数控加工工艺编制效率,满足企业的实际应用需求。     

精加工中刀具不同前角的有限元模拟研究

基于刚塑性有限元方法进行有限元仿真模型的建立,运用自适应网格(ALE)划分法对网格进行重新划分。运用Johnson-cook强化模型和剪切失效模型来定义切屑的形成。运用有限元软件对金属切削进行了二维切削模拟,分析刀具前角对切屑变形、工件表面应力分布、已加工表面质量及刀尖附近加工表面切削温度的分布等的影响。     

难加工材料刀具磨损的有限元仿真分析

为了便于确定切削用量及刀具角度与刀具磨损之间的关系,实现在实际加工过程中,对刀具磨损量的自动补偿,提高产品加工质量和生产效率,本次研究从切屑分离准则来判断刀具材料的分离角度分析刀具磨损情况。假设工件是刀具,切削刀具为被切削材料,利用Johnson-Cook剪切失效模型来计算切削刀具材料的脱离量。采用三维分析软件HYPERWORK对刀具切削不锈钢304材料的过程进行仿真,得到不同切削条件及刀具角度下刀具的应力应变情况,根据HYPERWORK仿真软件划分网格,得到网格点的应变,从而计算得到的各节点随时间变化而失效的关系,利用MATLAB对离散数据进行拟合得到连续曲线,为实现数控实际加工中刀具的自动补偿提供数据插值依据。     

基于空间填充法的刀具路径生成算法及其仿真

针对空间填充曲线法的网格只具有正则矩形,生成的刀具路径存在频繁转向、长度冗长、生成时间长等缺点,提出一种基于空间填充法的刀具路径生成算法。选用T样条曲面为造型曲面,生成具有非正则矩形的网格并进行回路的规划;用改进的Hamiltonian算法初步生成刀具路径;用改进的倒圆角算法进行拐角优化,获得最终的刀具路径。开发出了基于该算法的仿真系统,对算法进行了仿真验证和实际的加工实验,结果表明所提出算法有效可行,生成的刀具路径长度及生成时间都得到缩短。     

基于反求截面的精加工算法研究

文中根据预处理后的测点数据,针对经过粗加工后的毛坯,研究了基于测点数据的精加工刀具路径生成方法———基于反求截面的精加工算法。并进行了理论分析,通过实验加工对此种算法的有效性及效果进行论证。。     

基于机床反馈数据和工艺知识的进给速度优化

数控加工工艺参数的合理选择,有助于发挥机床的最优驱动性能和刀具的最佳切削能力。目前,商用计算机辅助制造软件所生成的数控程序只能在一定切削区域给定一个唯一、保守的进给速度,难以发挥数控机床的潜能。针对这一问题,基于通用机床实际加工反馈数据对进给速度进行初步优化,根据金属切削工艺知识,建立粗加工和精加工进给速度上限值多约束模型,保证机床和刀具在发挥最大性能的同时,不会产生机械损伤。针对初步优化后进给速度存在突变的问题,给出了一种进给速度精细优化方法,可以在保证加工质量的前提下,有效提升加工效率。     

五轴加工刀具路径生成的有效加工域规划方法

为复杂曲面五轴数控加工的刀具路径优化生成问题提出一种新的有效加工域规划方法。在对工件被加工表面和刀具的几何特征进行分析的基础上,得到在加工件表面上各处的最优可加工域宽度和刀具切削方向。通过采用离散采样和插值计算生成优化的有效加工域集,得到最优化的初始刀具路径;同时建立一种迭代搜索算法,用于解决最优加工域的选择规划问题。采用此算法生成优化的后续刀具路径,使得有效加工域最终完全覆盖整个被加工表面。给出的示例显示相对于传统的五轴加工刀具路径生成算法,有效加工域规划方法可以减少刀具路径的总长度和加工时间,得到更为优化的刀具路径和更好的工件表面质量,因此有效加工域规划方法可以被用于五轴数控加工实践以降低加工成本和提高产品质量。     

基于五轴平台的枞树型轮槽铣刀加工工艺分析

轮槽成型铣刀是加工汽轮机轮毂槽的重要工具,其结构复杂且加工困难。为提高加工效率和精度,以某型高速钢轮槽铣刀为例,提出基于五轴平台的加工工艺方法。使用UG软件基于五轴车铣复合机床规划粗加工刀具路径,并采用专用后置处理器生成数控加工程序,通过虚拟机床进行仿真验证;采用NUMROTO软件规划精加工路径,获得磨削NC代码并进行虚拟加工验证;进行实际切削验证,通过DOOSAN PUMA SMX2600ST车铣复合加工中心对刀具进行粗加工后,在SAACKE UWIF五轴工具磨床上完成刀具的精加工。实验结果证明,该工艺方法不仅能保证产品质量符合工艺设计要求,而且制造效率提高了20%。     

基于线锯高效切割的复杂直纹面模型建立及仿真

针对天然石材、人工晶体等材料复杂曲面加工中，初始毛坯与最终产品形状差别较大，粗加工材料去除量大，导致加工效率低、刀具磨耗严重的问题，提出了一种基于线锯加工和点加工协同去除的高效粗坯加工的解决思路。根据线锯加工特点，提出了对最终产品的数字化模型进行分层处理，利用多边形对各层二维外轮廓曲线进行包络，将层与层之间的多边形进行顺序拟合得到相应直纹面模型的建模思路。分析了不同包络多边形边数、连接方式所构建的不同直纹面模型对粗坯加工时间的影响。仿真结果表明，虽然增加多边形的边数或者通过层间旋转可以减小剩余未加工材料体积，但整体粗坯加工时间反而有所增加，从而不利于提高效率。粗坯加工时间可作为综合评价指标来优化构建直纹面模型。     

复杂多曲面3轴粗加工刀轨优化的计算方法

针对复杂多曲面３轴粗加工方法的刀轨自动生成问题,提出一种刀具轨迹的优化算法。该算法注要研究层切法粗加工各切削层刀轨的合理规划的进刀方式的选取,运用该算法可以自动生成复杂曲面３轴粗加工的有效刀轨,算法简单、可靠。