基于AC转角变化最小的五轴FDM熔覆路径的法矢量优化技术

五轴熔覆通过AC转台带动工件转动,使得喷嘴轴线尽可能与熔覆曲面的法矢量重合以达到最优的熔覆效果。熔覆指令通过AC转角离线计算的曲面法矢量来调整喷嘴轴线的位置。由于熔覆曲面数据噪声和外形特征的影响,熔覆路径上两个邻近点AC转角的差异可能非常大,从而使得控制系统自动插补得到的两点间路径与两点连线段的差异很大,导致熔覆过程中工件损坏或者熔覆质量降低。为了克服这一缺陷,基于遗传算法提出一种AC转角的优化方法,使得邻近点AC转角的差异尽可能小。在此基础上,进一步对差异较大的点的五个指令变量(X, Y, Z, A, C)进行线性插值,从而达到熔覆路径优化的效果。算法被集成到了自主研发的五轴FDM三维打印系统,并采用多个复杂曲面的熔覆实例验证其有效性。     

阀芯零件激光再制造工艺方法及试验研究

为了实现损伤阀芯零件的高质量修复,提出了一种基于几何重构与路径位姿规划的阀芯再制造工艺方法。引入再制造边界预制原则对阀芯损伤部位进行预处理设计并制定其实施步骤,基于NURBS理论实现了再制造边界曲面及待修复阀芯模型的高精度重构;采用等距截平面法生成再制造工艺路径,根据直线逼近和误差控制原理计算了各插补点坐标,并将光斑面积与插补点姿态相结合确定激光喷头动态位姿;运用ABB机器人系统进行路径与位姿校验并导出代码进行了阀芯再制造实践。结果表明：所提方法中规划路径及位姿能够有效跟随阀芯再制造边界曲面进行熔覆,形成了无气孔、无裂纹的致密涂层,涂层晶粒尺寸和平均硬度分别为14～54μm和573.6HV_0.5±51.8HV_0.5,耐冲蚀腐蚀性能提高了30.8%,满足阀芯再制造要求。     

基于Jerk最优的机器人轨迹规划

针对机器人任务路径轨迹的复杂性和稳定性要求,提出了一种基于Jerk最优的笛卡尔空间轨迹规划方法,得到一条光滑和平稳的机器人动作轨迹。机器人轨迹被约束通过笛卡尔空间中一系列路径点,采用Jerk连续可导的余弦函数曲线来插补路径点之间的机器人轨迹,通过求解逆运动学计算出期望的机器人关节角度。最后,以NAO机器人为平台对轨迹规划方法进行了仿真与实验验证。实验结果显示,规划得到的机器人路径轨迹光滑平稳没有突变,顺利地完成实验任务动作。     

面向增材制造的机器人轨迹自动生成技术

针对同轴送粉激光熔覆成形复杂曲面的工艺过程中,机器人轨迹规划困难的问题,提出一种从CAD模型自动生成机器人加工轨迹的新方法,以提高机器人熔覆的效率。首先对复杂曲面零件模型进行分析,采用拉普拉斯算子的方法对网格模型进行了优化。根据立体光刻模型提取零件的几何信息,基于三角面片边的拓扑关系重建三角面片的拓扑关系,通过包围盒的方法生成沿逆时针方向的机器人轨迹,利用仿真实验动态地演示了熔覆过程。最后,通过熔覆实验验证了该方法生成机器人轨迹的可行性。     

复杂曲面相贯线焊接轨迹控制算法的研究及仿真

曲面与圆管之间的焊接比较普遍,为了实现复杂曲面相贯线的自动焊接,在五自由度焊接机床的基础上,以圆锥面与圆管的焊接为研究对象,构造圆锥面与圆管的相贯线方程,利用等长直线段拟合整条相贯线,实现运动轨迹的插补运算,计算出插补各点的坐标参数及焊枪角度,以对焊枪姿态进行实时调整。利用OpenGL软件,对插补运动进行动态仿真,观察运动轨迹是否正确,仿真结果验证了在五自由度焊接机床上,该运动控制算法可以实现复杂曲面相贯线的自动焊接。     

参数曲面的快速实时插补

提出了一种参数曲面的快速实时插补算法。该方法由离散化的三角平面片与行切平面的截交线判断并计算插补周期内的进给量，并据此得出初始插补点。该方法大大缩短了参数曲面实时插补的时间，明显提高了插补的效率。     

离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划

为解决离散曲面加工的难题,进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划,研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法,对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法。使用MATLAB软件以环曲面为例进行仿真,验证了该方法的正确性。通过对环曲面和渐进多焦点曲面进行刀具路径规划和加工实验,表明该刀具路径规划方法能够在避免对整个曲面进行拟合的基础上实现离散曲面的高精度加工。     

焊接机器人笛卡尔空间轨迹规划研究

对SYH1506K焊接机器人进行了运动学分析,讨论了其Denavit-Hartenberg参数及正逆解问题。从直线规划和三点圆弧规划两方面对SYH1506K焊接机器人的笛卡尔空间轨迹规划问题进行了研究,通过MATLAB软件工具箱进行仿真,得到较为快速的直线插补和圆弧插补方法。     

基于圆弧插补的工业码垛机器人轨迹规划

为实现工业码垛机器人末端执行器的圆弧运动轨迹,提升机器人的运动效率,提出了一种基于圆弧插补算法的机器人轨迹规划算法;给出了码垛机器人本体结构,分析了码垛机器末端执行器运动轨迹。为实现该轨迹,在笛卡尔空间进行圆弧插补,利用圆弧插补算法实现了该轨迹,并进行了仿真分析。仿真结果表明圆弧插补算法运行时间更短,提高了机器人运动效率。     

基于NURBS插补的整体叶轮数控加工

在对比分析NURBS曲线插补技术和传统数控机床采用的插补方法特点的基础上,说明了NURBS曲线插补技术在曲面加工方面的优越性.进而对整体叶轮的叶片采用非均匀有理B样条（NURBS）进行曲线、曲面拟合,对整体叶轮数控加工工艺进行了规划,实现了NURBS插补方式的整体叶轮数控加工。     

参数曲面的快速实时插补

提出了一种参数曲面的快速实时插补算法.该方法由离散化的三角平面片与行切平面的截交线判断并计算插补周期内的进给量,并据此得出初始插补点.该方法大大缩短了参数曲面实时插补的时间,明显提高了插补的效率.     

辛普森积分法在双NURBS曲线随动插补中的应用

提出一种精确计算插补步长的双NURBS曲线随动插补算法。首先由曲面数控加工的离散刀位数据分别拟合出刀尖点和刀轴点NURBS曲线,并建立两条曲线插补参数间的随动关系模型;然后采用辛普森积分法计算出曲线的总弧长,进行插补运动的加减速规划;再以刀尖点NURBS曲线为基准确定插补参数,采用辛普森法确定各插补周期的进给步长及插补点坐标;最后依据随动关系模型获得刀轴点NURBS曲线对应的插补参数,完成曲面加工刀路规划的刀具位姿插补。仿真实验表明,与同一参数插补法相比,参数随动法可以获得更加稳定的等距效果,便于实时控制插补过程中的刀轴位置和姿态。     

激光熔覆再制造缸筒内壁的轨迹规划

对于液压缸缸筒内壁的激光熔覆再制造,在加工环境和扫描路径等方面与常规激光熔覆有着较大的区别。尤其是激光熔覆的工作环境位于缸筒内腔,在激光熔覆过程中一些没有被完全利用的粉末不能及时排出到工作环境之外,在缸筒内壁积累的粉末会直接影响到内壁熔覆效果。为此采用非均匀有理B样条(NURBS)曲线的路径规划。结果表明,在激光功率为1600 W、扫描速度为6 mm/s、送粉速率为12 g/min及NURBS曲线规划的路径下制备的熔覆层组织结构致密、无缺陷,证明NURBS曲线等弧长插补方法是一种可行的轨迹规划方法。     

基于STEP-NC的NURBS曲面插补方法研究

讨论了旧的数控编程接口标准ISO6983的缺点,研究了基于新数控编程接口标准STEP-NC的数控系统中的NURBS曲面插补技术.介绍了STEP-NC标准中关于NURBS曲面的描述,详细讨论了NURBS插补原理,插补预处理,NURBS曲面加工路径规划和实时插补轨迹生成算法,并给出了实例和仿真结果.NURBS曲面插补技术的研究为进一步研究STEP-NC数控系统奠定基础.     

工业机器人连续轨迹位置规划算法的研究

提出了一种工业机器人连续轨迹位置规划算法。此方法基于笛卡儿空间定时插补算法,包含四个方面内容:特征点提取、曲线拟合、通过位置插补和姿态插补确定插补点及利用逆运动学方程求出各关节转角。此方法可应用于各种工业机器人连续精确的路径规划。     

基于三弯矩法的环曲面金刚石切削刀具路径规划及其仿真分析

为解决环曲面加工困难的问题,对环曲面金刚石切削方法进行研究。在刀具路径规划中,使用了刀触点综合离散方法,该方法结合了等角度离散与等弧长离散的优点;提出了通过控制相邻刀触点间Z向距离以减小刀具的Z向移动从而提高离散精度的方法。根据加工时刀位点插补的特点,应用三弯矩法计算插补入口参数,实现插值函数的二阶导数连续。仿真分析表明,综合离散方法能够减小离散误差,使用三弯矩法进行插补计算可将最大插值误差由Hermite插值的0.35 μm减小至0.001 2 μm,效果明显。加工试验结果表明,该路径规划方法可用于环曲面的加工,且能改善工件的加工质量。     

PC数控系统的NURBS曲面插补控制方法

针对提高复杂曲面数控加工精度和效率的需求,提出一种适合PC数控系统的NURBS曲面插补控制方法,给出信息处理与控制的实现机制、加工路径规划方法和刀具运动轨迹求解算法。插补实例表明,所提出的方法是可行的,不仅可保证插补点准确位于被插补曲面上,而且具有良好的实时性,可以满足高性能PC数控系统的要求。     

基于3+2轴加工平台激光熔覆的路径生成优化

针对自由曲面零件激光熔覆中路径生成的问题,基于3+2轴的加工平台,借鉴于数控加工中的曲面划分以及刀路生成的方法,通过转化和改善得到了一种生成激光熔覆路径的优化方法。在曲面重建的基础上,首先将自由曲面进行粗分,根据高斯曲率和平均曲率提取自由曲面的局部特征;然后利用两种模糊聚类法将曲面划分成不同的面片,求出其中心点和法向量;在得到的中心点的基础上使用Voronoi图,以确定面片之间的边界;最后在每个面片内生成各自的激光加工路径。利用软件对整个过程做了仿真分析验证,结果表明了这个研究为激光路径规划提供了一个有效的方法,能够在不动用5轴加工的情况下,得到较好的表面质量。     

基于Hermite插值的复杂光学曲面车削加工路径规划

为解决复杂光学曲面加工难题,探讨其车削加工路径规划。基于慢刀伺服加工技术对复杂光学曲面的刀位点规划进行设计,分析刀触点等角度离散方案及刀具圆弧半径补偿方案。轨迹插补采用可编程多轴控制器(Programmable multi-axiscontroller,PMAC)提供的位置、速度、时间(Position velocity time,PVT)插补运动模式,分析PVT的数学实质Hermite分段插值模型,并根据此模型提出恒速法、面积法和三点法三种PVT入口参数生成算法。以离轴抛物面、环曲面、正弦面为例进行仿真,加工路径的仿真表明刀位点的设计可以应用于复杂光学曲面加工。同时z轴运动特性的分析表明z轴往复频率和C轴回转频率相仿时,面积法(c=2/3)和三点法均能满足z轴速度光顺要求;z轴往复频率明显大于主轴频率时,采用三点法的加速度变化明显优于面积法。提出的加工路径方法可为复杂光学曲面的实际加工提供指导意义。     

叶片复杂曲面的机器人抛磨工艺规划

为了实现复杂曲面工件的智能抛磨加工,对叶片复杂曲面进行机器人抛磨工艺规划。对抛磨点位置规划算法和基于最大接触原则的抛磨姿态规划算法进行了研究。首先,通过平行截面法获得抛磨路径割线,以非均匀有理B样条(NURBS)曲线描述。接着,提取曲线特征参数,根据设定的阈值进行抛磨点规划,再基于抛磨轮与工件的最大接触原则进行抛磨点姿态规划,从而得到完整的抛磨路径。然后,将工件位姿从工件坐标系转换到TCP坐标系。最后,搭建了柔性抛磨系统仿真平台生成机器人控制程序。实验结果表明,此方法规划的路径可用于叶片复杂曲面的机器人抛磨加工。分别用本文规划所得路径和CAM软件规划所得路径对叶片进行抛磨加工,测得表面粗糙度分别为0.695~0.930μm和2.803~3.243μm。本文提出的抛磨位姿规划方法可用于复杂曲面工件的抛磨路径规划,使工具和工件保持最大接触,从而避免了位姿不合理所产生的过抛和欠抛。