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《华中科技大学》 2012年
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金属板材渐进成形CAM技术研究

李敏  
【摘要】:金属板材渐进成形技术是一种具有影响力的先进制造技术。该技术由于不需要专用的模具,是一种柔性的成形工艺,特别适用于汽车、航天航空、医疗等领域的小批量、多品种的产品以及新产品开发。板材渐进成形路径对成形精度、表面质量、厚度分布及成形时间等产生直接影响,是板材渐进成形技术的一个关键问题。板材渐进成形CAM技术的直接目的就是生成面向板材渐进成形工艺的成形路径,但目前尚未见到关于板材渐进成形专用CAM软件研究的报导。为了将金属板材渐进成形技术和相应的专用CAM软件进一步推广应用到各个领域,本文在前人工作的基础上,针对金属板材渐进成形CAM技术中的两个核心方面,即CAM基础几何算法的稳健性问题和板材渐进成形路径的生成问题进行了系统深入的研究,主要研究内容及结论如下: 2D多边形轮廓求交算法是实现多边形轮廓布尔运算、无效环去除算法等的关键基础。本文提出了一种优化的基于热点技术的2D多边形轮廓求交算法。热点技术基于整型数实施,是一种精确几何运算方法,从而实现该算法的稳健性。通过给出基于严格单调链的扫描线算法、及提出基于矢量叉积符号来判断边与热点区域相交性的方法,可充分利用基于整型数运算的优势而实现该算法的高效性。性能测试结果表明,该算法效率高和稳健性强。 在刀位点轮廓计算过程中,多边形轮廓间会频繁实施布尔运算且轮廓中存在大量的退化情况。基于进点出点概念实现的G-H算法是公认最高效的布尔运算,但对于退化情况没有有效解决,存在很严重的稳健性问题。针对该问题,本文提出了一种新的2D多边形轮廓布尔运算方法。所有的退化情况根据交点处边的位置关系可分类为相切情况、重合边情况和重合交点情况。通过给出虚拟交点和虚拟多边形概念,可以将所有退化情况与一般情况实现统一处理,相应的提出了交点换向准则,并实现了布尔算法。评估结果表明,本方法有效地解决了G-H算法针对退化情况存在的稳健性问题;且与KBool算法相比,计算效率可稳定提高6-8倍;此外,该算法适用于处理除自交多边形以外的其它任意类型多边形;因此,该方法是高性能的。 刀触点轮廓和刀位点轮廓是生成成形路径的基础,这些轮廓中存在的2D无效环是影响成形路径生成的一个关键问题。目前还未见到针对一般情况和退化情况下的无效环处理的系统的解决方案,且同时适用于处理刀触点轮廓和刀位点轮廓。本文基于复杂多边形遍历分解策略提出了一种通用的2D无效环去除方法。通过提出虚拟自交多边形概念和最优出点方向判定准则,可以将所有的退化情况集成到一般情况实施统一处理;通过提出分解多边形序列有效走向概念,该方法可以适用于处理刀触点轮廓和刀位点轮廓;并实现了相应的无效环去除算法。测试结果表明,该通用方法同时具备高效和可靠的特点。 已有板材渐进成形路径生成方法未能考虑该工艺独有的特点:能实现正向和反向两种渐进成形方式、及引入了快速原型技术的分层制造思想。本文提出了一种有效的解决方法。该方法基于刀触点直接生成刀位点的思想来实施,通过分析环形成形工具头与模型表面的干涉特点,综合考虑相切情况和相交情况,提出了一种离散模型来计算无干涉刀位点信息,然后,基于计算得到的刀位点轮廓可规划出各种类型的成形路径以满足不同的板材渐进成形工艺需求。该方法解决了正向与反向渐进成形方式的路径生成问题,可以应用于任意形状的成形工具头,且适用于处理带缺陷的STL模型。评估结果及加工试验表明,该路径生成方法是高效的,且生成路径是高精度的。 板材渐进成形时间过长是影响该技术应用的一个重要问题。针对该问题,提出了一种基于单元的成形路径生成方法。首先,分析适用于渐进成形工艺的单元路径规划准则;然后,对数据模型进行分层计算得到一系列等高线刀位点轮廓,建立每层轮廓内的环之间的拓扑关系(C-Net结构),以及每层轮廓之间的拓扑关系(Z-C-Net结构);最后,结合单元路径规划准则,从Z-C-Net结构中提取出单元序列,并对各个单元实施合适的子路径规划,以及子路径之间实施合理的连接,使成形路径最短。试验结果表明,针对多轮廓特征模型,在保证成形质量的基础上,可以显著提高成形效率,有效的解决了板材渐进成形时间过长的问题。 根据与CAM知识的关联程度,提出了一种具有柔性的层次化的软件体系结构,并相应的开发出了板材渐进成形专用CAM软件AFS2。上述研究内容均已实现,并集成至AFS2中。目前该软件已在汽车工业领域获得推广应用。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG306

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵忠;莫健华;阮澍;;基于金属板材数控渐进技术的汽车座椅成形工艺[J];锻压技术;2006年05期
2 贾俐俐;高锦张;郑勇;牟华;;金属直壁筒形件数控增量成形工艺研究[J];锻压技术;2006年05期
3 韩飞;莫健华;黄树槐;;电磁成形技术理论与应用的研究进展[J];锻压技术;2006年06期
4 朱虎;姜在宽;;基于数控机床的金属板材无模单点渐进成形研究[J];锻压技术;2007年01期
5 周六如;;基于数控渐进成形技术的方形盒成形工艺[J];锻压技术;2009年04期
6 周六如;;基于数控渐进成形技术的翼子板成形工艺[J];锻压技术;2010年02期
7 蒋松;高锦张;贾俐俐;;板料多道次渐进成形下沉现象的模拟分析[J];锻压技术;2010年02期
8 方景春;莫健华;赵忠;黄树槐;;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;2006年03期
9 赵吉宾,刘伟军,王越超;多边形OFFSET中无效环的去除算法[J];工程图学学报;2005年03期
10 张伟;朱虎;杨忠凤;;金属板材单点渐进成形技术的研究进展[J];工具技术;2009年05期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 周六如;金属板料数控渐进成形机理及工艺的研究[D];华中科技大学;2004年
2 郭开波;快速成形软件与工艺若干关键技术研究[D];华中科技大学;2006年
3 毛锋;金属板材数控渐进成形关键技术研究[D];华中科技大学;2005年
4 李海军;计算机图形学若干基本算法的实现研究[D];吉林大学;2008年
5 钱波;快速成形制造关键工艺的研究[D];华中科技大学;2009年
6 刘冰;快速成形工艺软件的若干关键技术研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 王培;颅骨修复体设计、制造工艺研究及有限元分析[D];华中科技大学;2009年
2 王莉;金属薄板直壁件数字化渐进成形机理及工艺的研究[D];华中科技大学;2004年
3 陈学东;二维布尔运算研究及其在快速成形技术中的应用[D];华中科技大学;2004年
4 朱振华;二维布尔运算的奇异情况研究[D];上海交通大学;2008年
5 张君正;高性能STL模型的布尔运算研究[D];华中科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张传明;潘懋;吴焕萍;徐绘宏;;保持拓扑一致性的等高线化简算法研究[J];北京大学学报(自然科学版);2007年02期
2 赵保军,汪苏,陈五一;STL数据模型的快速切片算法[J];北京航空航天大学学报;2004年04期
3 ;Voronoi Approach to Recursive Generation of Tool Path for SLS[J];Computer Aided Drafting,Design and Manufacturing;2008年02期
4 李湘吉;李明哲;蔡中义;孙云明;;板料渐进成形数值模拟与实验研究[J];材料科学与工艺;2009年01期
5 李巍毅;张云;周华民;李德群;;STL内插错误的高效检查算法研究[J];电加工与模具;2007年04期
6 王斌修;陈彬;;电磁辅助钣金拉延快速成形技术修形磁场研究[J];电加工与模具;2008年02期
7 张传明;潘懋;;基于格网索引的GIS矢量数据拓扑重建研究[J];地理与地理信息科学;2006年04期
8 李文龙,魏莉,何韶君,丁广峰;快速成型制造中基于STL数据模型的分层算法研究[J];大连民族学院学报;2005年03期
9 赵忠;莫健华;阮澍;;基于金属板材数控渐进技术的汽车座椅成形工艺[J];锻压技术;2006年05期
10 朱虎;姜在宽;;基于数控机床的金属板材无模单点渐进成形研究[J];锻压技术;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 孙博;胡耀波;;金属板材单点渐进塑性成形过程的计算机模拟[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
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1 李瑞迪;金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D];华中科技大学;2010年
2 李大奇;叶片双面磨抛系统及路径规划研究[D];吉林大学;2011年
3 王金伟;连杆/箱体主轴承座裂解槽脉冲激光加工数值模拟及试验研究[D];吉林大学;2011年
4 王少辉;多点拉形中局部变形与成形缺陷及其控制方法的数值模拟研究[D];吉林大学;2011年
5 邹伟;三维地质勘查软件核心技术研究与实现[D];中国地质科学院;2010年
6 王卫辰;面向快速成形的三维CAD模型直接分层方法研究[D];中国矿业大学;2010年
7 门正兴;电阻连续加热成形电—热—力耦合试验及模拟[D];重庆大学;2010年
8 崔震;基于并联运动机床的金属板料渐进成形技术基础研究[D];南京航空航天大学;2010年
9 范国强;TC4板材局部自阻电加热数控渐进成形的研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 韦红余;金属板料渐进成形质量控制关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘国良;基于RPM技术、Moldex3D模流分析CAE在薄壁壳体件注塑模具制造技术的应用研究[D];北方工业大学;2009年
2 吕状;三维网格模型编辑变形方法的研究与实现[D];西北大学;2011年
3 张军舰;施釉机器人轨迹规划[D];景德镇陶瓷学院;2011年
4 舒莲卿;网格曲面求交及其交线的等距线构造[D];杭州电子科技大学;2009年
5 赵秀敏;ST16钢激光拼焊板渐进成形研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 赵继承;复杂金属板材渐进成形仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
7 刘青山;渐进成形数控系统研究与开发[D];南京航空航天大学;2010年
8 胡铭明;金属板料渐进成形精度研究[D];南京航空航天大学;2009年
9 李磊;金属板料渐进成形性能数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 谢忠全;板材渐进成形失稳及回弹的有限元分析[D];华中科技大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱春耕;;工业产品造型中布尔运算的运用[J];包装工程;2006年01期
2 李鹏,熊惟皓;选择性激光烧结的原理及应用[J];材料导报;2002年06期
3 李湘生,殷燕芳,黄树槐;激光选区烧结的成型收缩研究[J];材料科学与工程学报;2003年06期
4 汪树玉,刘国华,刘立军,张利;观测数据分析中几种方法的探讨 (一)回归—时间序列模型和贝叶斯预测模型[J];水电自动化与大坝监测;2003年02期
5 颜永年,张人佶;快速成形技术国内外发展趋势[J];电加工与模具;2001年01期
6 莫健华 ,叶春生 ,黄树槐;金属板料数控无模成形及快速制模[J];电加工与模具;2002年01期
7 颜永年;林峰;张人佶;吴任东;卢清萍;熊卓;王小红;;快速制造技术的最新进展及其发展趋势[J];电加工与模具;2006年S1期
8 李洪涛,王绍安,邱春城,张永密;电磁成形工艺及其应用[J];电加工;1999年03期
9 邓琦林;激光烧结陶瓷粉末成形零件的研究[J];大连理工大学学报;1998年06期
10 张秀娟;刘彦奎;魏延刚;运新兵;韩锋;郑勇福;;各向异性铝合金板材本构关系及其有限元模拟[J];大连交通大学学报;2008年06期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 初红艳;平板件电磁成形的质量保证技术的研究[D];北京工业大学;2003年
2 魏迎梅;虚拟环境中碰撞检测问题的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
3 周六如;金属板料数控渐进成形机理及工艺的研究[D];华中科技大学;2004年
4 王利民;贝叶斯学习理论中若干问题的研究[D];吉林大学;2005年
5 汪艳;选择性激光烧结高分子材料及其制件性能研究[D];华中科技大学;2005年
6 余东;山羊颅骨缺损个性化修复的快速成形与基础研究[D];中国协和医科大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 孟正华;功能陶瓷低电压电磁压制实验研究[D];武汉理工大学;2004年
2 钟建伟;选择性激光烧结若干关键技术研究[D];华中科技大学;2004年
3 李迎浩;金属板材数字化渐进成形过程数值模拟[D];华中科技大学;2005年
4 孙利波;钛网数字化多点成形技术在颅骨缺损修补中的应用与改良[D];吉林大学;2006年
5 贾昭;颅骨三维模型的建立和有限元计算及实验应力分析的研究[D];吉林大学;2007年
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1 李文刚;数控机床加工局部椭球外型面[J];航天制造技术;1987年06期
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3 竺长安;高速高精度扩孔的NC刀具轨迹设计[J];制造技术与机床;2001年11期
4 柳迎春;一种特殊零件的简化造型和数控加工[J];现代制造工程;2002年03期
5 陆启建,刘明灯;机床数控技术的革新浪潮[J];机械制造与自动化;2002年02期
6 项辉宇,李德军,刘延俊,刘和山;基于UG的数控加工的图形化编程技术[J];济南大学学报;1999年05期
7 樊宏周,席光,王尚锦;用Camand编程加工半开式离心三元叶轮的探讨[J];机械设计与制造;2001年04期
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9 游有鹏,王珉,朱剑英;NURBS曲线高速高精度加工的插补控制[J];计算机辅助设计与图形学学报;2001年10期
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1 张月;赵莹;崔颖;魏晓晴;高颖;;Ca~(2+)/CaM调节平滑肌肌球蛋白轻链激酶非激酶活性研究[A];“基因、进化与生理功能多样性”海内外学术研讨会暨中国生理学会第七届比较生理学学术会议论文摘要[C];2009年
2 池永涛;徐文骥;王续跃;李冉;;导电加热渐进成形实验与温度场模拟[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
3 朱翠玲;牛媛媛;朱明军;刘新灿;刘红军;秦海风;何卫士;孙彦琴;;水蛭对鸡胚绒毛尿囊膜(CAM)血管生成的影响[A];中华中医药学会心病分会全国第十二次学术年会暨中华中医药学会心病分会换届选举工作会议论文精选[C];2010年
4 朱翠玲;牛媛媛;朱明军;刘新灿;刘红军;何卫士;;水蛭对鸡胚绒毛尿囊膜(CAM)血管生成的影响[A];中华中医药学会血栓病分会第四次学术研讨会暨广东省中医药学会血栓病专业委员会首届学术研讨会论文集[C];2010年
5 许良栋;毛善国;孙志刚;张皓;;CAM存储器功能模型的研究与实现[A];计算机技术与应用进展·2007——全国第18届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集[C];2007年
6 田中俊;;利用数据库触发器实现自动定时报表[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(二)[C];2008年
7 张远平;;CAM技术的近况[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
8 祝光礼;范翠娟;陈铁龙;钱宝庆;;黄芪失笑散对鸡胚绒毛尿囊膜促血管生成实验研究[A];第八次全国中西医结合心血管病学术会议论文集[C];2007年
9 李佳;张洁雨;李岩;;核桃树皮提取物对新生血管生成的影响[A];2008年中国药学会学术年会暨第八届中国药师周论文集[C];2008年
10 关宝英;;【鼠标导航】——数控加工自动编程新方法的研究[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
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1 记者 霍晓丽;聂辰席会见美国CAM出版社访问团[N];河北日报;2010年
2 德圆;2015年我国服装CAD和CAM普及率将达30%、15%[N];中国服饰报;2011年
3 罗章鲁 吴艳玲;济二机重磅出击国际金属板材加工技术展[N];中国工业报;2008年
4 王中阳 五院党委副书记;制造信息化铺就飞天路[N];中国航天报;2009年
5 周宾;我国金属板材业发展趋势逐渐明朗[N];中国建设报;2005年
6 通讯员 徐海鹏 记者 王延斌;我金属板材纵剪首次实现高速度高精度操作[N];科技日报;2010年
7 嵇长青;前5月八大产业发展态势好[N];扬州日报;2006年
8 本报记者 方圆;中望软件正式推出3D版[N];中国新闻出版报;2010年
9 彭绍政;宏康机械:为钢铁物流服务[N];现代物流报;2006年
10 徐海鹏 王延斌;金属板材纵剪实现高速高精度操作[N];中国技术市场报;2010年
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1 李敏;金属板材渐进成形CAM技术研究[D];华中科技大学;2012年
2 梁全;叶轮五坐标数控铣削CAM和CNC关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 崔震;基于并联运动机床的金属板料渐进成形技术基础研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 李刚;基于直线电机的微细电火花加工系统及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
5 GHULAMHUSSAIN;金属板料渐进成形性能的研究[D];南京航空航天大学;2008年
6 Ghulam Hussain;金属板料渐进成形性能的研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 董颖怀;一种微型涡轮发动机的关键结构及其制造技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
8 周妙苗;关于吸入麻醉药对体内及体外Ca~(2+)-CaM系统影响的初步研究[D];华中科技大学;2012年
9 戴谷;钙调蛋白和polo-like激酶1对哺乳动物细胞有丝分裂进入调控机理研究[D];南京师范大学;2005年
10 韦红余;金属板料渐进成形质量控制关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
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1 陶峰;锥双螺杆专用CAM系统的研发与设计[D];沈阳工业大学;2011年
2 赵继承;复杂金属板材渐进成形仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 池永涛;导电加热渐进成形试验和模拟研究[D];大连理工大学;2012年
4 李磊;金属板料渐进成形性能数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 魏强;一种运用新型单元和匹配线的CAM全定制设计[D];国防科学技术大学;2011年
6 易籽林;Ca~(2+)和CaM在乙烯诱导的紫花擎天凤梨花芽孕育及发端中的作用机理研究[D];海南大学;2010年
7 曲绍卫;一种基于65nm工艺高速相联存储器(CAM)全定制设计[D];国防科学技术大学;2010年
8 张甲兴;纳米GHz级CAM全定制设计[D];国防科学技术大学;2010年
9 胡芬;CAM血管新生量化的自动分析[D];长春工业大学;2011年
10 叶明浩;金属板料单点渐进成形数值模拟与工艺研究[D];江苏科技大学;2011年
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