本文選題：增材制造 + 激光立體成形�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：激光立體成形是基于送粉式激光熔覆技術(shù)發(fā)展起來的一種增材制造技術(shù),至今已有20余年的歷史。近年來,雖然該技術(shù)在工藝上得到了很大的發(fā)展,但是激光立體成形軟件的質(zhì)量卻難以真正滿足工藝開發(fā)者的應(yīng)用需求。目前軟件功能與工藝的匹配存在脫節(jié),導(dǎo)致軟件直接限制了該技術(shù)可加工零件的形狀、加工零件的精度和加工過程的效率。因此,本文在充分依賴于激光立體成形工藝的基礎(chǔ)上,為其開發(fā)了專業(yè)的CAM軟件,并通過實(shí)際零件的制造驗(yàn)證了開發(fā)軟件的實(shí)用性與可靠性。為了提高軟件開發(fā)效率與軟件魯棒性,以面向?qū)ο蟮腃++作為編程語言、以Qt開發(fā)圖形用戶界面(GUI)、以O(shè)pen CASCADE Technology(OCCT)幾何造型內(nèi)核實(shí)現(xiàn)軟件核心功能模塊。激光立體成形CAM軟件有5大功能模塊:模型讀取、模型顯示、分層功能、路徑規(guī)劃功能、6軸機(jī)器人加工程序轉(zhuǎn)換。其中,后3個(gè)模塊與工藝直接相關(guān),為了保證與工藝更好契合,本文為其開發(fā)了專門的算法。軟件實(shí)現(xiàn)了STL格式文件的讀取,將STL模型轉(zhuǎn)換為邊界表示法(B-rep)描述的模型。轉(zhuǎn)換后的圖形在窗口中顯示,并且可以對(duì)顯示的模型做平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等基本視圖操作。分層功能和路徑規(guī)劃功能為核心功能。分層功能選用等距分層算法,使用OCCT中Face和Solid求交集(Common)的布爾運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn),獲得Face拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分層面。路徑規(guī)劃功能根據(jù)零件制造工藝不同分為兩類:厚壁零件路徑和薄壁零件路徑。為厚壁零件路徑設(shè)計(jì)了外輪廓加內(nèi)部Z字形填充路徑的規(guī)劃方式,使用OCCT中Face和Face求交線(Section)的布爾運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn);為薄壁零件設(shè)計(jì)了常規(guī)輪廓路徑和螺旋線路徑兩種路徑規(guī)劃算法,螺旋線算法可以實(shí)現(xiàn)加工過程僅開關(guān)激光一次就完成整個(gè)薄壁零件的制造。以KUKA 6軸機(jī)器人為應(yīng)用對(duì)象,針對(duì)同軸送粉、旁軸送絲兩種激光立體成形工藝,開發(fā)了兩種機(jī)器人加工程序轉(zhuǎn)換算法;基于KUKA離線編程的關(guān)鍵指令,采用羅德里格公式了推導(dǎo)激光頭姿態(tài)歐拉角。最后,分別以316L不銹鋼、Al Si10Mg鋁合金兩種材料,完成了薄壁變截面樣件的激光立體成形制造,對(duì)激光立體成形CAM軟件的算法和性能進(jìn)行了驗(yàn)證。
[Abstract]:Laser solid forming is a kind of material increasing technology developed based on powder feeding laser cladding technology, which has a history of more than 20 years. In recent years, although the technology has been greatly developed, the quality of laser stereoscopic forming software is difficult to meet the application needs of process developers. At present, there is a disjoint between the function of the software and the process, which directly limits the shape of the machined parts, the precision of the machined parts and the efficiency of the machining process. Therefore, on the basis of fully relying on the laser stereoscopic forming process, this paper develops the professional CAM software for the laser solid forming process, and verifies the practicability and reliability of the development software through the manufacture of the actual parts. In order to improve the efficiency and robustness of software development, using object-oriented C as programming language, using QT to develop graphical user interface (GUI) and using Open CASCADE Technology (Occt) geometry modeling kernel to realize the core function module of software. The CAM software of laser stereoscopic forming has five function modules: model reading, model display, delamination function, path planning function and 6-axis robot machining program conversion. The latter three modules are directly related to the process. In order to ensure better agreement with the process, this paper develops a special algorithm for it. The software realized the reading of the STL format file, and converted the STL model into the model described by the boundary representation. The transformed graphics are displayed in the window, and the basic view operations such as translation, rotation, zoom and so on can be performed on the displayed model. Hierarchical function and path planning function are the core functions. The hierarchical function is implemented by using the algorithm of equidistant delamination, and the Boolean operation method of Face and Solid intersection in OCCT is used to achieve the hierarchical structure of Face. The function of path planning is divided into two categories according to the manufacturing process: thick wall part path and thin wall part path. For the thick wall part path, the external contour and the inner Z shape filling path are designed, and the Boolean operation method of Face and Face intersection line Sectionin OCCT is used. Two path planning algorithms, conventional contour path and spiral path, are designed for thin-walled parts. The helix algorithm can realize the fabrication of the whole thin-walled parts only once by switching laser. Taking the KUKA 6 axis robot as the application object, aiming at two laser stereoscopic forming processes of coaxial powder feeding and side wire feeding, two robot processing program conversion algorithms are developed, and the key instructions of off-line programming based on KUKA are developed. The attitude Euler angle of laser head is deduced by Rodrigo formula. Finally, laser stereoscopic forming of thin-walled samples with variable cross-section was completed using 316L stainless steel and Al Si10Mg aluminum alloy, and the algorithm and performance of CAM software for laser stereoforming were verified.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP311.52;TG665

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1961028