面向焊铣复合加工的路径规划技术研究

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焊铣复合加工结合了电弧增材制造和铣削减材制造的优势,可以加工出结构复杂,尺寸精度高的金属零件。目前焊铣复合加工的零件在质量和精度上存在着一些问题,本文通过对焊铣复合加工中所涉及的电弧增材、铣削减材及焊铣复合制造的路径规划问题进行相关研究,以提升产品的质量和精度。主要研究内容如下:(1)基于起弧熄弧次数最少的层内焊道路径规划。针对电弧增材制造过程中起弧熄弧次数较多引起工件质量下降的问题,将层内焊道路径规划问题转化成不回到起点的旅行商问题,使用遗传算法寻找最优解。将层内行切线段进行分区得到一系列子区域作为染色体基因,同时将基于贪心算法的定向变异算子引入到遗传算法中,得到了优化的层内焊道路径,减少了起弧熄弧次数。最后通过不同算法的对比分析,验证了本文算法的高效性和有效性。(2)基于焊道相容性的切片轮廓优化。针对电弧增材制造过程中内部焊道与边界发生过熔覆或欠熔覆的问题,首先对焊道间距进行优化,然后根据层内行切线段与内外轮廓的几何关系对内外轮廓进行改变,最后将各层改变后的轮廓进行合并,得到优化的内外轮廓,减少了过熔覆或欠熔覆现象的发生。(3)基于网格模型的铣削路径规划。针对铣削减材过程中将增材制造切片数据作为铣削刀触点路径导致铣削质量较差的问题,首先将STL模型的内外壁提取出来进行重新切片处理,获得切片厚度较小的用于铣削的切片数据,然后对切片数据进行优化(包括冗余数据去除,曲线段区域B样条拟合,等参数直线逼近获得离散点等)得到光顺的刀触点路径,最后将刀触点路径根据设置的工艺参数进行分批多次偏置得到优化的铣削路径,极大提高了铣削的质量。(4)复合路径规划实现及实验分析。确定了焊铣复合加工路径的生成原则,开发了面向焊铣复合加工的CAM软件,通过焊铣复合加工打印工件的实例验证了本文算法的有效性和鲁棒性。
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