用任意空间曲线控制的复杂组合曲面数控加工算法研究

提出了一种基于参数曲面三角化的复杂曲面刀具轨迹生成方法。即利用给定的任意空间曲线作为控制边界,构造新的参数曲面,在此简单参数曲面上生成刀具轨迹。离散化复杂组合曲面为若干平面三角片,投影已生成的刀具轨迹到平面三角片上,再考虑加工精度、余量、干涉等,便可得到复杂组合曲面的刀具轨迹。根据该方法还可以获得指定加工区域的刀轨。     

改进的等残余高度加工自由曲面刀具路径生成算法

提出了改进的等残余高度算法用于加工自由曲面刀具路径生成。算法在生成相邻刀具路径轨迹时分两步,首先根据当前刀具路径轨迹,采用了Newton-Raphson迭代法精确求取刀具运动包络体上的点到自由曲面的距离,结合给出的Newton迭代法的迭代角度初值计算方法,精确求取满足要求的等残余高度点构成等残余高度线;然后根据求取的等残余高度线精确求取相邻刀具路径轨迹,求取过程类似。验证实例表明,该方法可极大地减少刀具路径轨迹长度,均匀曲面加工残余高度,提高曲面加工质量。     

裁剪NURBS组合曲面的数控加工算法研究

从工程应用角度出发，结合国产化ＣＡＤ／ＣＡＭ系统开发的需要，提出了一种裁剪ＮＵＲＢＳ组合曲面精加工平截面刀具轨迹的生成算法。在裁剪ＮＵＲＢＳ曲面等距面的生成、平面与裁剪ＮＵＲＢＳ曲面等距面的求交等几何操作算法的基础上计算刀具轨迹；并通过交线的排序和优化进行干涉检查与消除，解决了组合曲面加工编程中曲面之间存在的断开，裂缝，局部搭接现象的刀轨生成问题。     

裁剪曲面的三轴铣削加工刀具轨迹的干涉处理

在分析国内外三坐标数控加工刀具轨迹干涉检查和消除算法的基础上,提出了一种适合于球头刀、平底刀和圆角刀的刀具轨迹干涉检查和消除的算法,该算法将刀具看成解析曲面,裁剪曲面由三角片逼近表示,将刀具轨迹干涉检查与消除的问题转化为刀具曲面与三角片的相关性测试.算法计算简单,并在超人CAD/CAM集成系统中得以实现.     

激光焊接机器人复杂曲面加工轨迹数字孪生控制算法

针对刀具与切割位置既相联系又相区别,焊接过程及后期加工效率较低的问题,提出了激光焊接机器人复杂曲面加工轨迹数字孪生控制算法。利用测点的坐标转换矩阵,求解测量点到激光焊接机器人复杂曲面的最短距离,根据点到三角面片的距离计算原理,补偿了激光焊接机器人复杂曲面的加工误差;定义复杂曲面加工轨迹跟踪策略,利用跟踪策略系数求取复杂曲面加工轨迹跟踪的概率函数,结合高斯函数,计算复杂曲面加工轨迹跟踪策略的对数梯度,完成复杂曲面加工轨迹的跟踪。利用数字孪生技术将复杂曲面加工轨迹的坐标点导入虚拟空间,通过坐标点的映射,获取加工轨迹速度与转速的关系,结合数字孪生物理模型,实现复杂曲面加工轨迹的控制。实验结果表明,该算法在控制激光焊接机器人复杂曲面的加工轨迹时,与生成的加工轨迹更加接近,并将复杂曲面加工效率提高到90%以上。为激光焊接机器提供切实可行的焊接方案,提高复杂曲面加工轨迹控制性能。     

基于平底刀切宽张量的曲面分区加工轨迹生成方法

为提高曲面端铣加工的效率,在保证加工质量的前提下,应尽量保证刀具在各切触点处沿切宽最大的进给方向运动。复杂曲面上各点处的切宽最大进给方向常呈现区域化分布规律,基于单个加工区域的传统端铣轨迹生成方法仅能得到局部优化解。本文给出了平底刀端铣曲面切宽张量,将切触点处的最优进给方向求解转化为张量特征方向的求解,并基于切宽张量场的退化性质,提取三分退化点为曲面多个加工区域的交点,进而以相交点为起点、以最优进给方向为切向构造曲面内部边界,将曲面划分为一系列加工区域,各加工区域的最优进给方向分布连续,分别生成各区域的加工轨迹。该方法在CATIA CAM系统中实现,选例进行了应用验证,与传统的曲面加工轨迹生成方法相比,基于切宽张量的平底刀端铣分区加工方法显著提高了加工效率。     

复杂多曲面数控粗加工方法

结合开发国产化软件的实践，提出了一种复杂多曲面数控粗加工自动编程获得刀具轨迹的方法，并在ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中得以实现。在自动编程中，系统将复杂多曲面当作一个整体，采用分层切削方法用一组等距平面分别与该复杂多曲面求交得到一组交线，重组交线得到在二维平面上的边界轮廓，对边界轮廓等距后找出可切削区域，然后采用行切加工方法获得曲面的刀具轨迹。这种方法实现了把复杂多曲面当作一个整体来加工的自动编程方法，使实     

基于实体的三轴数控精加工研究

在获得了零件几何信息和加工参数信息后，实体精加工算法能够自动计算零件在某一个加工方向上所有可加工曲面的球头刀精加工刀具轨迹。采用虚过渡的处理方法，计算实体的曲面等距模型。提出了利用贯穿线对交线进行规整处理，高效地获得无干涉的精加工刀具轨迹。基于实体的数控精加工编程丰富了数控精加工编程方式，降低了数控编程的操作复杂程序度，减少了产生错误的可能性，具有工程实用性。     

一种基于实体模型的三轴数控加工刀轨生成算法

实体模型是几何造型的高级模型，它具有完整的曲面拓扑关系，国内基本实体模型的数摈加工算法的需求日渐迫切，本文提出了一种适合实体模型的三轴数控加工刀位轨迹生成算法；首先根据加工行距作一组平行于刀轴的平面，与模型的待加工表面求交，得到一系列交线，再根据加工步长规划另一组与上述平面垂直且平行于刀轴的平面，与上述交线求交，得到一交点网格，判断刀具与数据点的位置关系从而得到刀位轨迹。     

齿轮齿端曲面倒角加工刀具设计与仿真

齿轮齿端曲面倒角加工面临的两个主要难题:(1)成形刀具的设计困难,刀具参数靠试凑法确定;(2)加工过程中刀具的位姿调整费时费力。文中分析了成形刀具的几何结构和倒角加工过程的特点,建立了倒角加工过程的几何模型和刀具刀刃回转面的几何模型,推导出刀具几何参数与加工过程中刀具位姿参数的关系表达式,为刀具设计和位姿调整提供了理论基础。在P ro/E环境下,应用P ro/TOOLK IT开发工具,开发了刀具参数计算及加工仿真系统,为刀具的设计及倒角加工机床的调整提供了软件工具支持。     

基于CAXA制造工程师的实体造型与数控仿真加工

介绍了利用CAXA制造工程师进行零件实体造型、刀具轨迹生成及仿真加工的过程.以标牌零件为例,首先将零件划分为基本形状特征,利用特征造型工具逐次创建各基本形状特征的三维实体,其次分析并创建标牌零件的加工造型,以此为基础生成各加工表面的刀具切削轨迹,最后给出零件的仿真加工结果.结果表明,利用CAXA制造工程师进行零件的实体...     

基于三角化的复杂曲面五坐标数控加工轨迹的计算方法

ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中复杂曲面数控加工刀轨的计算能力在工业中有极其重要的作用。本文介绍一种复杂曲面五坐标加工轨迹生成及干涉处理算法，即把曲面用小三角片离散逼近，并用连通图建立所有三角片之间的拓扑关系，在此基础上生成刀轨，并进行干涉检查及刀位修正     

自由曲面三轴粗加工刀具轨迹的计算方法

在复杂自由曲面类零件的加工过程中，粗加工往往要占去大部分的时间。本文从提高加工稳定性及加工效率的角度出发，提出了一个复杂多曲面数控粗加工的算法，即采用分层切削法，通过平面／曲在求交技术和交线环的等距，自交，集全等基本运算，按“端点 五最短距离优先剖面线算法”规划每一切削层的刀具轨迹。     

板料渐进成形工艺等高线图生成方法

在板料数字化渐进成形工艺中,压头的加工轨迹就是成形零件的等高线图.因此,如何生成成形零件的等高线图是该工艺的关键技术之一.本文对板料渐进戍形工艺等高线图的生成方法进行了研究,提出一种基于Matlab拟合Bézier曲面并快速生成等高线图的方法.对理论抛物面和飞机翼面的仿真研究表明,所提出的等高线图的生成方法具有较高的工程精度,而且算法简单、计算速度快,可以在不规则曲面钣金件的数字化渐进成形中推广应用.     

参数曲面的拟自适应三角化

提出了一种参数曲面的拟自适应三角化离散算法。该算法通过对曲面的参数域进行预剖分,以及引入曲面上一点处的“最大绝对法曲率”的概念,采用“分而治之”的方法分片对参数曲面的参数域进行三角形网格剖分。该方法基本上可以像“自适应”方法一样,根据曲面的法曲率变化来控制三角化剖分的密度,生成的三角片数量较少,并且可以避免在三维空间产生狭长的三角形、退化三角形与“裂缝”,运行速度明显比自适应方法快。     

基于PINN的复合材料自动铺放轨迹整体规划

自动纤维铺放能有效地提高复材构件的制造效率和质量。为满足复材构件的力学性能要求及铺放质量要求，在给定曲面目标域内生成铺放轨迹时需要同时考虑转弯半径、纤维角偏差以及轨迹间距等工艺指标。现有铺放轨迹规划方法大多在对基准轨迹进行优化后，通过路径密化生成铺放轨迹。这仅能保证所生成的轨迹满足单一要求，难以整体满足多个优化目标。为实现多优化目标下的复合材料自动铺放轨迹整体规划，本文将轨迹规划问题转换成为目标域内的泛函优化问题，利用内嵌物理知识神经网络（Physics-informed neural network,PINN）实现目标函数的求解，并提取目标函数的等值线作为轨迹规划的结果。相较于现有策略，本文提出的方法能整体兼顾轨迹的方向性、可铺性以及间隙质量，为实现先进复合材料自动铺放轨迹整体规划提供新思路。     

飞机结构件筋特征的数控加工刀轨研究

为了提高飞机结构件筋特征的加工效率,通过分析两种常用的刀轨生成方式,得出残留高度与刀具直径、刀具底角半径、切削参数等的关系式,用以指导刀具的选择和切削参数的设置。针对某一零件进行模拟实验,根据关系式能够得到优化的切削参数。通过几种加工方式的对比,得到能够提高筋特征加工效率最优的加工方法。     

基于扫掠法的六面体网格生成算法及实现

提出了一种基于扫掠法的六面体网格生成算法,该算法通过源和目标曲面参数域间的近似最小二乘仿射映射将源曲面的网格投影到目标曲面,并利用背景网格插值的方法计算内结点,从而将2.5维实体生成六面体网格。该算法避免了空间网格投影过程中耗时的“寻根”过程,并且不需要导致效率降低的网格优化,能够处理各种2.5维实体,生成的网格质量较好。     

二维图形的集合运算算法研究

二维图的并、交、差等集合运算是二维图形的设计、图形消隐处理，零件的三维造型及数控加工编程中刀具轨迹生成等的重要基础，文中借助于ACIS几何平台，提出了在线架、曲面和实体集成数据环境下，将二维线架图形转换为实体的数据结构，利用实体的布尔运算实现二维图形的集合运算的算法，避免了传统的集合运算中需的线段求交、裁剪、交点的有效性判断等，降低了算法的复杂度，从而提高了算法的可靠性。该算法已在南京航空航天大学CAD／CAM工种研究中心开发的CAD／CAM系统中实现。     

重复使用运载器无动力投放自适应制导技术

为了研究重复使用运载器小升阻比无动力飞行时的制导技术,以投放着陆为背景,提出了一种基于轨迹在线生成的自适应制导技术.这种制导技术主要解决在线轨迹生成技术、自适应制导策略和制导规律问题.首先设计了自适应制导系统的体系结构,将在线轨迹生成技术、自适应制导策略和制导规律集成在一个框架中.在线轨迹生成技术充分考虑了重复使用运载器的飞行能力,根据当前的飞行状态和末端期望的飞行状态,在线规划轨迹剖面,产生一个物理上可飞的、稳定的轨迹剖面,并给出了设计方法.将轨迹生成与制导策略相结合,形成了具有一定自适应能力的制导回路.最后以某验证机为例,对在线轨迹生成、制导策略和制导规律进行了集成仿真.仿真结果表明,基于轨迹在线生成的自适应制导系统具有一定的自主性、鲁棒性和工程实用性.