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《北京工业大学》 2001年
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大功率CO_2激光三维智能加工CAM的研究

陈继民  
【摘要】: 激光三维智能加工技术是目前国际上的前沿研究课题,本文研究了大功率 CO_2激光三维智能加工的CAM系统,从研究大功率CO_2激光五轴联动飞行光束 的运动特点入手,到最后的加工实践。重点集中在两个主要方面:三维加工轨 迹与三维加工工艺。激光加工的智能性也体现在三维运动轨迹的智能化和加工 过程中工艺的自适应性上。 首先分析了大功率CO_2激光三维智能加工的特点,大功率CO_2激光三维加 工必须采用飞行光束,飞行光束在传输和聚焦过程中受众多因素的影响,最终 影响到实际三维加工。本课题研究的平台就是建立在大功率CO_2激光飞行光束 的五轴激光加工机上,只有彻底分析飞行光束的特点以及飞行光束对加工质量 的影响,才能更好地进行激光三维智能加工的CAM系统研究工作。 重点研究了激光三维加工的运动规律,激光头必须始终垂直被加工对象的 表面的要求,是长期以来困绕激光三维加工离线自动编程的难题,除算法的复 杂性,还涉及编程的难度。本文通过研究CAD系统的数据结构,提出了从通 用CAD系统中提取激光加工的三维空间轨迹的方法,给出了一系列三维轨迹 的自动生成算法,突破了三维激光加工自动编程的瓶颈,解决了轨迹数据提取 的关键技术。并首次将Hopfield网络引入到加工轨迹的规划中,为智能优化加 工顺序规划提供了一条有效的途径。通过本文提出的算法,不仅可从工件的CAD 模型中提取加工轨迹数据,而且还能自动寻找待加工零件的边界、孔洞等加工 数据,这种智能方法,可以大大缩短加工编程时间。常用图形库的建立使用户 在加工一些常用的形状时更方便,无须用户编程,只要将加工图形的参数输入, 系统就能自动生成三维加工轨迹。 模拟动画仿真技术和干涉检查算法是CAD/CAM中重要的组成部分。本文 对各种动画仿真技术和干涉检查算法进行了分析,优选出适用于激光三维加工 CAM系统的动画技术和快速干涉检查算法,在应用中取得了良好的效果。 为进一步实现加工过程的智能性,本文还研究了激光三维切割的工艺特 点,特别是研究了各种方位的激光切割和当激光头不垂直工件表面时,激光入 射角对切割质量的影响,通过建立人工神经网络模型,对入射角、运动方式进 行了定量研究,首次提出了当激光入射角不垂直工件表面时仍能进行有效切割 北京工业大学博士学位论文@槽 要 的判据,并进一步建立了基于数据试验的激光切割工艺的智能系统,通过BP 神经网络对试验数据的学习和训练,能够很好地预测切割结果和选择切割参数, 山此自动生成的切割工艺子程序,与三维轨迹程序集成起来形成完整的激光三 维加 ICAM系统,完成智能激光加工。 文章最后介绍了作者开发研制的激光三维加 ICAM系统 LaserCAM在我 囚汽车制造中的应用。实践表明,三维激光加工能满足汽车柔性化生产方式的 要求。CAM系统与龙门式五轴联动Co。激光加工系统结合,大大提高编程效率, 在我国一汽“大红旗”轿车的激光加工中,取得了显著的经济效益和良好的社 会效益。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TN249

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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