金屬板材數(shù)控漸進(jìn)成形加工軌跡交互修改及優(yōu)化分析

摘 要：通過CAD模型，能夠直接驅(qū)動金屬板材數(shù)控漸進(jìn)成型技術(shù)，來設(shè)計完成柔性快速一體化的制造與加工。這種技術(shù)在提升加工效率上必然會發(fā)揮巨大的作用，對此，文章對相關(guān)方面的內(nèi)容進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：金屬板材；數(shù)控漸成形；加工軌跡；交互修改優(yōu)化

1 加工原理分析

沿著z軸方向?qū)?fù)雜的三維形狀離散化處理，就是將多個二維斷面層分解出來，在二維斷面層上，塑性加工其局部。圖1為基本的加工原理圖。在一個支撐模型9上放置被加工板材3，在板材周圍通過壓板4在托板5上將材料夾緊，可以順著導(dǎo)柱6自由上下滑動托板。在三軸聯(lián)動的數(shù)控?zé)o模成形機(jī)上固定該裝置，加工的過程中，首先在指定的位置控制成形工具頭，將壓下量設(shè)定在板材下，之后在控制系統(tǒng)的作用下，在第一層截面輪廊規(guī)定下，通過等高線的形式，漸進(jìn)塑性加工板材。在第一層截面輪廊形成之后，將高度在成形工具頭壓下設(shè)定出來，再依據(jù)下一層截面輪廊的規(guī)定去運動，從而將這一層的輪廊構(gòu)造出來。多次這樣操作，直到加工完成整個工件為止。加工軌跡與工藝規(guī)劃是這些塑性加工成型的重點。工件的成型精度不僅會直接受到它的影響，同時，不恰當(dāng)?shù)能壽E與工藝會直接造成加工受阻。

2 具體的修改和優(yōu)化對策分析

2.1 優(yōu)化改造CAM/CAD軟件生成加工軌跡

通過圖2中所示的工藝路線，對板材數(shù)控漸進(jìn)成型過程進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，首先，在工藝要求的基礎(chǔ)上，將零件的CAD模型在通用的CAM/CAD軟件中構(gòu)建起來，再從CAD模型著手，將工藝模型制作出來，并且在此基礎(chǔ)上構(gòu)成加工軌跡和支撐模型，之后加工模板，使其成為需要的模型。然而，在成形的時候，垂直部分的板材變形或者工件的尖角處，因為超過了相應(yīng)的塑性變形極限，這樣塌陷和破裂問題極易發(fā)生。所以，需要根據(jù)實際情況認(rèn)真的修改這些部位的加工軌跡。但是，在加工修改這些加工軌跡的時候，一定要轉(zhuǎn)換到過去的三維模型中。再將加工軌跡重新生成出來，比如圖2中的第一種方法。

一般的時候，是通過多個細(xì)小的面片縫合而得到CAD模型中的復(fù)雜曲面，因此，在進(jìn)行修改的時候就會面臨很多的困難。并且，很多三角模型中的特征參數(shù)已經(jīng)不復(fù)存在，一些時候還存在STL格式的模型，修改起來就會非常的困難。所以，弄清楚了這些以后，在加工修改這些軌跡的時候，我們建議應(yīng)用人機(jī)交互的方法直接完成。

2.2 應(yīng)用人機(jī)交互交工軌跡進(jìn)行優(yōu)化與修改

人機(jī)交互軌跡修改的基本流程圖，出發(fā)于CAD模型，不但能夠利用CAM處理器或者STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)模塊生成具備NURBS形式的軌跡加工文件，也能夠通過CAM處理器，將NC代碼文件生成出來，然后通過NURBS轉(zhuǎn)換和NC軌跡的整合，將等價的NURBS格式獲取出來，從而構(gòu)成全新的加工軌跡，拼接重構(gòu)上述不同方式所得到的NURBS軌跡，這樣通過對控制頂點的拖動，就可以手工修改加工軌跡的局部。

在通過人機(jī)交互的方式修改加工軌跡時，因為存在著離散的軌跡段，在完成了相應(yīng)的修改之后，對于整個軌跡環(huán)的光順度是很難進(jìn)行保證的。

就光順曲線而言，指的是有較少的拐點存在于曲線上，而且，曲率在整個曲線上都能夠均勻的變化，在此原則下，曲線的光順過程一般被分為兩步：離散曲率的光順和多余拐點的去除。與其存在一定差別的是，文章主要用NURBS形式將非自由曲線的軌跡段展現(xiàn)了出來，只要將相連的兩條軌跡段和被修改的軌跡段連接起來，再一同構(gòu)成一個整體性的軌跡段，這樣就能夠很好的保障三條軌跡段連接處的光順程度。

在表達(dá)轉(zhuǎn)換完成了軌跡段的NURBS之后，采用三重頂點方式將兩條鄰近的軌跡段連接起來，此時，將兩個控制頂點插入到相鄰的NURBS曲線的交點間，但是，剩余的控制頂點不應(yīng)該出現(xiàn)變化。

為了能夠有效的通過三重頂點拼接NURBS軌跡段，并且，將修改以后的基本情況展現(xiàn)出來，所以，在VisualC++6.0平臺上實現(xiàn)整個功。具體操作過程如下：

第一，將選取的加工軌跡環(huán)從加工數(shù)據(jù)文件中讀取出來。第二，NURBS初始化處理選取的軌跡，從而將相應(yīng)的函數(shù)構(gòu)造出來。第三，將軌跡上的控制點依次判斷出來，一旦控制點存在于兩段軌跡拼裝處，這樣就需要重構(gòu)三重頂點，將相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系構(gòu)造出來。第四，人機(jī)交互拖動修改軌跡；第五，將修改之后的軌跡進(jìn)行存儲，并且用G代碼將其表示出來，將函數(shù)構(gòu)造出來；第六，通過上一步處理之后的代碼進(jìn)行加載加工，對加工的過程實時進(jìn)行檢測，一旦出現(xiàn)缺陷，將需要從第一步重新開始。

通過人機(jī)交互修改和優(yōu)化軌跡時，能夠發(fā)現(xiàn)軌跡通過三重頂點重構(gòu)和NURBS轉(zhuǎn)化之后，局部的軌跡就可以被拖動修改完畢，從而光滑的軌跡段就會被構(gòu)造出來，使凹陷處和尖角處軌跡的光化過度就會成為現(xiàn)實，進(jìn)而確保了能夠順利的加工凹陷和尖角處。

應(yīng)用案例分析：某工程在對翼子板模型利用CAD軟件生成中，如果不修改其中的尖角處，這樣破裂情況就會出現(xiàn)在其中，造成加工難以順利進(jìn)行，在利用人機(jī)交互方法進(jìn)行修改和優(yōu)化以后，這樣尖角處的圓滑過渡將順利的被實現(xiàn)。在數(shù)控漸進(jìn)成形機(jī)上加載修改后的軌跡，這樣將與技術(shù)要求相符合的翼子板零件創(chuàng)造出來。

3 結(jié)束語

在進(jìn)行零件加工過程中的快速響應(yīng)時，以前的金屬板材數(shù)控漸進(jìn)成形工藝是難以實現(xiàn)的，并且，對生產(chǎn)加工中的一些精度也很難精確的進(jìn)行控制。對此，文章對金屬板材數(shù)控漸進(jìn)成形加工軌跡交互修改及優(yōu)化的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了闡述，從而為促進(jìn)我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供一定的理論和技術(shù)支撐。

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