金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化分析

金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化分析

通过CAD模型，能够直接驱动金属板材数控渐进成型技术，来设计完成柔性快速一体化的制造与加工。这种技术在提升加工效率上必然会发挥巨大的作用，对此，文章对相关方面的内容进行了论述。

标签：金属板材；数控渐成形；加工轨迹；交互修改优化

1 加工原理分析

沿着z轴方向将复杂的三维形状离散化处理，就是将多个二维断面层分解出来，在二维断面层上，塑性加工其局部。图1为基本的加工原理图。在一个支撑模型9上放置被加工板材3，在板材周围通过压板4在托板5上将材料夹紧，可以顺着导柱6自由上下滑动托板。在三轴联动的数控无模成形机上固定该装置，加工的过程中，首先在指定的位置控制成形工具头，将压下量设定在板材下，之后在控制系统的作用下，在第一层截面轮廊规定下，通过等高线的形式，渐进塑性加工板材。在第一层截面轮廊形成之后，将高度在成形工具头压下设定出来，再依据下一层截面轮廊的规定去运动，从而将这一层的轮廊构造出来。多次这样操作，直到加工完成整个工件为止。加工轨迹与工艺规划是这些塑性加工成型的重点。工件的成型精度不仅会直接受到它的影响，同时，不恰当的轨迹与工艺会直接造成加工受阻。

2 具体的修改和优化对策分析

2.1 优化改造CAM/CAD软件生成加工轨迹

通过图2中所示的工艺路线，对板材数控渐进成型过程进行改进与优化，首先，在工艺要求的基础上，将零件的CAD模型在通用的CAM/CAD软件中构建起来，再从CAD模型着手，将工艺模型制作出来，并且在此基础上构成加工轨迹和支撑模型，之后加工模板，使其成为需要的模型。然而，在成形的时候，垂直部分的板材变形或者工件的尖角处，因为超过了相应的塑性变形极限，这样塌陷和破裂问题极易发生。所以，需要根据实际情况认真的修改这些部位的加工轨迹。但是，在加工修改这些加工轨迹的时候，一定要转换到过去的三维模型中。再将加工轨迹重新生成出来，比如图2中的第一种方法。

一般的时候，是通过多个细小的面片缝合而得到CAD模型中的复杂曲面，因此，在进行修改的时候就会面临很多的困难。并且，很多三角模型中的特征参数已经不复存在，一些时候还存在STL格式的模型，修改起来就会非常的困难。所以，弄清楚了这些以后，在加工修改这些轨迹的时候，我们建议应用人机交互的方法直接完成。

2.2 应用人机交互交工轨迹进行优化与修改

人机交互轨迹修改的基本流程图，出发于CAD模型，不但能够利用CAM 处理器或者STEP-NC标准模块生成具备NURBS形式的轨迹加工文件，也能够通过CAM处理器，将NC代码文件生成出来，然后通过NURBS转换和NC轨迹的整合，将等价的NURBS格式获取出来，从而构成全新的加工轨迹，拼接重构上述不同方式所得到的NURBS轨迹，这样通过对控制顶点的拖动，就可以手工修改加工轨迹的局部。

在通过人机交互的方式修改加工轨迹时，因为存在着离散的轨迹段，在完成了相应的修改之后，对于整个轨迹环的光顺度是很难进行保证的。

就光顺曲线而言，指的是有较少的拐点存在于曲线上，而且，曲率在整个曲线上都能够均匀的变化，在此原则下，曲线的光顺过程一般被分为两步：离散曲率的光顺和多余拐点的去除。与其存在一定差别的是，文章主要用NURBS形式将非自由曲线的轨迹段展现了出来，只要将相连的两条轨迹段和被修改的轨迹段连接起来，再一同构成一个整体性的轨迹段，这样就能够很好的保障三条轨迹段连接处的光顺程度。

在表达转换完成了轨迹段的NURBS之后，采用三重顶点方式将两条邻近的轨迹段连接起来，此时，将两个控制顶点插入到相邻的NURBS曲线的交点间，但是，剩余的控制顶点不应该出现变化。

为了能够有效的通过三重顶点拼接NURBS轨迹段，并且，将修改以后的基本情况展现出来，所以，在VisualC++6.0平台上实现整个功。具体操作过程如下：

第一，将选取的加工轨迹环从加工数据文件中读取出来。第二，NURBS初始化处理选取的轨迹，从而将相应的函数构造出来。第三，将轨迹上的控制点依次判断出来，一旦控制点存在于两段轨迹拼装处，这样就需要重构三重顶点，将相应的函数关系构造出来。第四，人机交互拖动修改轨迹；第五，将修改之后的轨迹进行存储，并且用G代码将其表示出来，将函数构造出来；第六，通过上一步处理之后的代码进行加载加工，对加工的过程实时进行检测，一旦出现缺陷，将需要从第一步重新开始。

通过人机交互修改和优化轨迹时，能够发现轨迹通过三重顶点重构和NURBS转化之后，局部的轨迹就可以被拖动修改完毕，从而光滑的轨迹段就会被构造出来，使凹陷处和尖角处轨迹的光化过度就会成为现实，进而确保了能够顺利的加工凹陷和尖角处。

应用案例分析：某工程在对翼子板模型利用CAD软件生成中，如果不修改其中的尖角处，这样破裂情况就会出现在其中，造成加工难以顺利进行，在利用人机交互方法进行修改和优化以后，这样尖角处的圆滑过渡将顺利的被实现。在数控渐进成形机上加载修改后的轨迹，这样将与技术要求相符合的翼子板零件创造出来。

3 结束语

在进行零件加工过程中的快速响应时，以前的金属板材数控渐进成形工艺是难以实现的，并且，对生产加工中的一些精度也很难精确的进行控制。对此，文章对金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化的相关内容进行了阐述，从而为促进我国相关行业的发展提供一定的理论和技术支撑。

参考文献

[1]方景春，莫健华，赵忠，等.金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化[J].锻压装备与制造技术，2011（9）：632-633.

[2]莫健华，叶春生，黄树槐，等.金属板料数控渐进成形技术[J].航空制造技术，2002（12）：321-322.

[3]尹长城，王元勋，吴胜军.金属板材单点渐进成形过程的数值模拟[J].塑性工程学报，2005（2）：369-371.

[4]尹长城，王元勋，吴胜军.金属板材单点渐进成形过程的数值模拟[J].塑性工程学报，2005（2）：258-259.