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三维激光切割自动编程系统的开发

作　者: 汪鎏
导　师: 胡俊
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 激光切割 自动编程 轨迹离散 干涉检测
分类号: TG485
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


三维激光切割技术与装备代表了激光切割技术研究和应用的最高水平。作为一种具有高度柔性和智能化的制造技术,在美国、德国、日本等发达工业国家,被广泛应用于汽车制造、航空航天等领域,实现对复杂曲面钣金件的高效三维切割加工。国内目前采用的成熟三维激光切割自动编程系统均来自于国外,制约了三维激光切割技术在国内的应用。本文针对三维激光切割自动编程系统的关键技术,研究三维空间轨迹离散刀位点信息获取方法,对轨迹规划、干涉检查和模拟仿真等技术进行了探讨,提出了相应的解决方案,最终开发出三维激光切割自动编程原型系统,具体研究内容如下:针对空间轨迹曲线的刀位点离散问题,提出了一种基于二分法的改进离散算法,离散点误差能根据实际加工要求进行动态调整,仿真证明该算法能满足复杂曲线点列的数控加工精度和平滑性要求。将非线性最优化理论中的二次规划法引入干涉检测算法,提出了相应的规避干涉的方法。研究了三维激光加工的运动规律,对三维激光加工过程中激光头的运动路径及加工顺序进行了合理规划,优化加工顺序,提高加工效率。结合模拟仿真功能的研究,开发了三维激光切割自动编程原型系统,实现了三维激光切割自动编程与切割过程模拟仿真。介绍了三维激光切割自动编程系统的工作流程,对于典型的具有三维加工轨迹的汽车覆盖件零件,介绍了所开发的三维激光切割自动编程插件软件的操作流程和功能。所生成的切割程序在三维激光切割机床上进行实验验证,证明了软件的功能和可用性。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-24
  1.1 研究背景与课题来源  12-13
  1.2 三维激光切割技术的原理及发展趋势  13-17
    1.2.1 三维激光切割技术的原理及其应用  13-16
    1.2.2 三维激光切割设备的发展和应用  16-17
  1.3 三维激光切割自动编程系统的研究现状  17-19
    1.3.1 三维激光切割自动编程系统的编程方式及特点  17-18
    1.3.2 国内外三维激光切割自动编程系统的研究现状  18-19
  1.4 三维激光切割自动编程系统的关键技术研究现状  19-21
    1.4.1 三维空间曲线离散技术的研究现状  20
    1.4.2 干涉检测算法的研究现状  20-21
  1.5 论文主要内容与结构  21-24
第二章 三维激光切割空间轨迹刀位点离散方法  24-32
  2.1 三维激光切割空间轨迹的参数化模型  24-25
  2.2 基于曲率的刀位点优化求解  25-29
    2.2.1 刀位点离散的基本方法  25
    2.2.2 初始刀位点的确定  25-26
    2.2.3 刀位点精度验证与优化求解  26-29
  2.3 刀位点离散算法的实现与验证  29-30
  2.4 激光头位置姿态参数的反求  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章 三维激光切割的路径规划与干涉检查  32-44
  3.1 三维激光加工的轨迹规划  32-34
    3.1.1 激光头运动路径的规划  32-33
    3.1.2 加工顺序的规划  33-34
  3.2 基于包容盒检查的干涉检测算法  34-40
    3.2.1 激光头包容盒的数学建模  34-35
    3.2.2 二次规划法进行干涉检测  35-40
  3.3 三维激光加工干涉处的规避方法  40-42
    3.3.1 规避干涉分析  40-41
    3.3.2 NC 加工工艺子程序生成  41-42
  3.4 本章小结  42-44
第四章 三维激光切割自动编程系统的开发  44-54
  4.1 三维激光切割自动编程系统的功能模块设计  44-46
  4.2 三维激光加工过程的模拟仿真  46-52
    4.2.1 三维激光加工自动编程系统开发平台  46-47
    4.2.2 三维激光切割过程模拟仿真功能开发  47-52
  4.3 三维激光切割模拟仿真过程的优化  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 三维激光切割自动编程系统的实验与分析  54-60
  5.1 实验方案的设计  54-55
    5.1.1 实验条件与方法  54
    5.1.2 实验步骤  54-55
  5.2 典型零件的自动编程流程  55-58
  5.3 实验结果的验证  58-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章 总结与展望  60-62
  6.1 总结与创新点  60-61
    6.1.1 全文内容总结  60
    6.1.2 论文主要贡献及创新点  60-61
  6.2 研究展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间发表的论文与获得的荣誉  66-69
答辩决议书  69

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 金属切割及设备 > 激光切割及设备
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