復(fù)雜模型分割制造關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化和制造全球化的發(fā)展，制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，用戶需求趨于多樣化和個(gè)性化，產(chǎn)品更新周期不斷加快，從而促進(jìn)了快速設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展。如快速原型制造、分割制造等先進(jìn)制造技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并迅速應(yīng)用于制造業(yè)中。 在一定條件下，由于加工資源、加工成本和加工時(shí)間等限制，復(fù)雜的產(chǎn)品或模型不能作為一個(gè)整體進(jìn)行加工，需要將其分割成更小、更簡(jiǎn)單的塊分別加工，再將各個(gè)塊組合以得到所需的零件或模型，該項(xiàng)技術(shù)稱為分割制造技術(shù)。分割制造技

2、術(shù)可解決待加工零件/模型因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積過大(超出材料尺寸或機(jī)床加工范圍)等造成的整體加工困難、材料利用率低等問題，已成為近年來學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。該技術(shù)具有降低加工設(shè)備要求、提高生產(chǎn)率，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與試制周期，降低開發(fā)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，不但可用于各種復(fù)雜零件或其原型件的加工，還可用于快速模具設(shè)計(jì)與制造。 現(xiàn)有研究中通常將模型的所有組成面作為研究對(duì)象，或者將整體模型三角面片化，以面片作為研究對(duì)象，這樣的處理會(huì)降

3、低計(jì)算效率和計(jì)算精度。結(jié)合近年來特征領(lǐng)域所取得的進(jìn)展，本文首次在分割制造技術(shù)中引入特征的概念，以特征作為研究對(duì)象，無論是分割面的獲取還是約束條件的生成都是面向特征的，這不但可以在很大程度上減少計(jì)算量，提高計(jì)算精度，同時(shí)有利于后續(xù)制造過程中CAD/CAM的集成。 可加工性分析是一個(gè)貫穿于整個(gè)分割過程中的重要部分，是判斷分割與否的決定性因素。當(dāng)模型不具有可加工性時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行分割；在分割的過程中，各個(gè)分割塊也要遞歸進(jìn)行可加工性分析

4、，直至所有的分割塊都具有可加工性。本文以可視性分析代替可加工性分析，提出基于特征的全局可視性分析算法。該算法應(yīng)用VMap可視性分析方法獲得各個(gè)特征的局部可視性，并對(duì)具有局部可視性的特征進(jìn)一步分析，將局部可視性分析擴(kuò)大到全局可視性的范圍，使可加工性分析結(jié)果更加符合生產(chǎn)的需要。 為了獲得最佳分割方案，本文首次提出分割方案多目標(biāo)優(yōu)化算法。首先在保證可加工性的前提下，充分考慮影響生產(chǎn)成本的各種因素，建立包括分割塊數(shù)量、材料利用率(切削體

5、積大小)、加工特征數(shù)和分割面積(組合面積)的目標(biāo)函數(shù)，以及用于分割過程中的可加工性約束條件；然后采用遺傳算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分割方案的獲?。蛔詈筇岢龊喜⑺惴?，通過冗余分割塊的合并，進(jìn)一步減少分割方案中分割塊數(shù)量、加工特征數(shù)量以及分割面積。同時(shí)，對(duì)新興的多塊模具設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)多塊模具設(shè)計(jì)。 基于上述關(guān)鍵技術(shù)研究，利用VC++和UG/OPENAPI，在UGNX平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜模型分割方案優(yōu)選系統(tǒng)的開發(fā)。通過典型的零件分割和多塊