蔡清華 王靜 楊紅濤
摘 要:針對復雜曲面的激光沖擊強化的批量加工,示教方式并不能較好的工作,本文給出了基于3D CAD模型、基于零件特征和基于示教點等三種激光強化路徑規(guī)劃的方法,滿足批量加工和激光沖擊強化工藝試驗。
關鍵詞:激光沖擊強化;路徑規(guī)劃;3D模型;零件特征;示教點
一、概述
激光沖擊強化技術的基本原理是,采用短脈沖(幾十納秒)的高峰值功率密度(>109W/cm2)的激光輻射金屬表面,金屬表面吸收層吸收激光能量發(fā)生爆炸性汽化蒸發(fā),產生高溫(>10000K)、高壓(>1GPa)的等離子體,該等離子體受到約束層的約束時產生高強度壓力沖擊波,在工作表面獲得殘余壓應力層。激光沖擊強化的運動執(zhí)行機構一般采用數(shù)控機床或關節(jié)臂機器人,針對復雜曲面的激光沖擊強化的批量加工,示教方式并不能較好的工作,一般采用基于計算機圖形學的路徑規(guī)劃方式。
二、激光沖擊強化路徑規(guī)劃
分為基于3D CAD模型、基于零件特征和基于示教點等三種方式。
(一)基于3D CAD模型的激光沖擊強化路徑自動規(guī)劃
此軟件模塊的輸入為待加工零件3D CAD數(shù)模,涉及到的計算機圖形學相關理論和算法為非均勻有理B樣條(NURBS)曲面的特征曲線/邊界線提取、特征曲線/邊界曲線在曲面上的等值偏移、曲線參數(shù)化離散點等。實現(xiàn)的功能包括:
1)與通用3D大型軟件(具體包括Catia、ProE、UG、SolidWorks)對接,能導入它們輸出的數(shù)模;
2)結合激光沖擊強化工藝,可輸入不同的搭接率、光斑半徑、加工范圍等工藝參數(shù),自適應的規(guī)劃成不同的加工路徑;
3)加工前的軌跡驗證:驗證激光沖擊強化加工的可達性、干涉性;驗證激光沖擊加工軌跡是否光滑連續(xù);驗證激光沖擊加工軌跡是否存在交叉現(xiàn)象;驗證激光束相對于加工表面的方向矢量是否有突變現(xiàn)象。
(二)基于零件特征的激光沖擊強化路徑自動規(guī)劃
此軟件模塊適用于無3D CAD模型,且已知零件特征,如直線、平面、圓等,可通過簡單測量獲取特征的具體尺寸,如長、寬、直徑等。通過機器人示教待加工的起點,后續(xù)加工點可根據(jù)零件特征自動計算。
(三)基于機器人示教點的激光沖擊強化路徑規(guī)劃
此軟件模塊適用于無3D CAD模型,且工藝試驗臨時使用。通過機器人軌跡示教獲取。
三、總結
針對復雜曲面激光沖擊強化路徑規(guī)劃,本文給出了基于3D CAD模型、基于零件特征和基于示教點等三種方式,滿足復雜曲面激光沖擊強化加工。