金屬板材數控漸進成形加工軌跡交互修改及優化分析

摘 要：通過CAD模型，能夠直接驅動金屬板材數控漸進成型技術，來設計完成柔性快速一體化的制造與加工。這種技術在提升加工效率上必然會發揮巨大的作用，對此，文章對相關方面的內容進行了論述。

關鍵詞：金屬板材；數控漸成形；加工軌跡；交互修改優化

1 加工原理分析

沿著z軸方向將復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，可以順著導柱6自由上下滑動托板。在三軸聯動的數控無模成形機上固定該裝置，加工的過程中，首先在指定的位置控制成形工具頭，將壓下量設定在板材下，之后在控制系統的作用下，在第一層截面輪廊規定下，通過等高線的形式，漸進塑性加工板材。在第一層截面輪廊形成之后，將高度在成形工具頭壓下設定出來，再依據下一層截面輪廊的規定去運動，從而將這一層的輪廊構造出來。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，不恰當的軌跡與工藝會直接造成加工受阻。

2 具體的修改和優化對策分析

2.1 優化改造CAM/CAD軟件生成加工軌跡

通過圖2中所示的工藝路線，對板材數控漸進成型過程進行改進與優化，首先，在工藝要求的基礎上，將零件的CAD模型在通用的CAM/CAD軟件中構建起來，再從CAD模型著手，將工藝模型制作出來，并且在此基礎上構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，因為超過了相應的塑性變形極限，這樣塌陷和破裂問題極易發生。所以，需要根據實際情況認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，是通過多個細小的面片縫合而得到CAD模型中的復雜曲面，因此，在進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已經不復存在，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，我們建議應用人機交互的方法直接完成。

2.2 應用人機交互交工軌跡進行優化與修改

人機交互軌跡修改的基本流程圖，出發于CAD模型，不但能夠利用CAM處理器或者STEP-NC標準模塊生成具備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轉換和NC軌跡的整合，將等價的NURBS格式獲取出來，從而構成全新的加工軌跡，拼接重構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，在完成了相應的修改之后，對于整個軌跡環的光順度是很難進行保證的。

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。

在表達轉換完成了軌跡段的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該出現變化。

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出來，所以，在VisualC++6.0平臺上實現整個功。具體操作過程如下：

第一，將選取的加工軌跡環從加工數據文件中讀取出來。第二，NURBS初始化處理選取的軌跡，從而將相應的函數構造出來。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，這樣就需要重構三重頂點，將相應的函數關系構造出來。第四，人機交互拖動修改軌跡；第五，將修改之后的軌跡進行存儲，并且用G代碼將其表示出來，將函數構造出來；第六，通過上一步處理之后的代碼進行加載加工，對加工的過程實時進行檢測，一旦出現缺陷，將需要從第一步重新開始。

通過人機交互修改和優化軌跡時，能夠發現軌跡通過三重頂點重構和NURBS轉化之后，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造出來，使凹陷處和尖角處軌跡的光化過度就會成為現實，進而確保了能夠順利的加工凹陷和尖角處。

應用案例分析：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在其中，造成加工難以順利進行，在利用人機交互方法進行修改和優化以后，這樣尖角處的圓滑過渡將順利的被實現。在數控漸進成形機上加載修改后的軌跡，這樣將與技術要求相符合的翼子板零件創造出來。

3 結束語

在進行零件加工過程中的快速響應時，以前的金屬板材數控漸進成形工藝是難以實現的，并且，對生產加工中的一些精度也很難精確的進行控制。對此，文章對金屬板材數控漸進成形加工軌跡交互修改及優化的相關內容進行了闡述，從而為促進我國相關行業的發展提供一定的理論和技術支撐。

參考文獻

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