面向模具修复的电弧增材制造工艺及路径软件开发

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为了解决人工堆焊修复模具时,效率低、成形尺寸控制难、工作环境差以及组织性能稳定性差等问题,提出开发一个面向模具修复的电弧增材制造工艺及路径软件,有利于促进模具修复与电弧增材制造自动化共同发展,具有广阔的应用前景。但国内电弧增材制造技术由于起步较晚,与国外先进水平存在着较大差距,各个方面的领域有待突破。本文基于松下机器人弧焊系统,对电弧增材工艺参数与焊缝形状之间关系、STL模型分层切片算法以及路径规划等方面展开了研究,具体的研究工作如下:(1)针对能够对电弧增材模具修复效率和质量产生较大影响的电弧增材工艺参数与焊缝形状之间的对应关系,首先,构建焊缝BP神经网络模型,然后,选择直径为1.0mm的KMS-H13焊丝进行单层单道焊缝电弧增材制造试验并做好记录,确定电弧增材工艺参数的取值范围,紧接着,获取总的样本数据并将其对焊缝BP神经网络进行训练,最后基于Python平台编写一个可实现电弧增材工艺参数与焊缝形状互预测的软件,通过对该预测模型进行有效性分析和误差分析,发现该预测模型是可靠和有效的,有利于提高成形尺寸精度控制。(2)针对常用的STL模型分层切片算法需要耗费大量时间和空间进行构件拓扑关系、分组等前期处理和由于STL模型结构特点导致分层切片后得到的截面轮廓精度不高的问题,首先,分析了常见STL模型分层切片算法的不足之处,提出了一种由切平面的Z轴的值来快速有效地判断并求解出空间三角形与切平面的交点,再根据STL模型的共享点法则,获得封闭状态的截面轮廓点序列的基于增材方向排序分层切片算法,其次,引入了插值拟合算法来提高截面轮廓的精度,然后,通过格林公式推导出可判断截面轮廓内、外轮廓的一般公式,为后续路径规划实现自主控制内、外轮廓偏移方向功能做好准备,最后,基于Python平台编写了分层切片软件。(3)针对模具一般具有内腔的结构特点和对表面成形精度的高要求,首先,通过对绪论中总结的几种常见单一填充路径从成形效率、精度以及适用结构类型等方面进行对比分析,其次,在不违背电弧增材制造技术基本焊接工艺原则的前提下,提出了一种在内、外轮廓处采用可实现自主控制加工余量和偏移方向,且表面成形精度高的轮廓偏置填充算法,在内部采用在遇到内腔时可实现自动根据设定条件避免频繁跨越内腔功能,且具有高效率的分区往复直线填充算法的复合填充算法,最后,基于Python平台编写了路径规划软件。
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