面向数控渐进成形鼓包问题的成形轨迹生成与规划
【图文】：
，还没有从成形轨迹规划和挤压顺序的角度研究金属流动、鼓包等问题。针对上述问题，本文提出一种面向数控渐进成形鼓包问题的成形轨迹生成和规划方法，并通过数字模拟分析了不同类型成形轨迹对成形质量的影响。1成形轨迹规划本文提出4种轨迹类型及其规划方法，分别是等高线轮廓扫描轨迹、等高线轮廓与底面扫描轨迹、各等高层由外向内全扫描轨迹和各等高层由内向外全扫描轨迹。在上述成形轨迹的驱动下，挤压工具可以有如下几种挤压运动方式:第1种是按照由上而下的顺序依次在各等高线层围绕模型轮廓进行扫描运动，如图1a所示;第2种是按照由上而下的顺序依次在各等高线层围绕模型轮廓进行扫描运动之后，再沿着模型底部等高线轨迹的偏置轨迹按照由外向内的顺序进行底面扫描运动，如图1b所示;第3种和第4种是在各等高线层除了围绕模型轮廓进行扫描运动外，，还根据由各等高层轮廓轨迹向模型内部偏置而形成的扫描轨迹在各等高层对位于模型内部的板材进行挤压运动，其中第3种是挤压工具由外向内的顺序对整个板材进行全扫描，如图1c所示，第4种是挤压工具由内向外的顺序对整个板材进行全扫描，如图1d所示。图1成形轨迹规划(a)等高线轮廓扫描轨迹(b)等高线轮廓与底面扫描轨迹(c)各等高层由外向内全扫描轨迹(d)各等高层由内向外全扫描轨迹Fig.1Formingpathplanning(a)Contouroutlinescanningpath(b)Contouroutlineandundersidescanningpath(c)Fullscanningpathfromoutsidetoinsidebyeachcontourlayer(d)Fullscanningpathfrominsidetooutsidebyeachcontourlayer2成形轨迹生成本文提出的基于STL模型的上述4种类型轨迹的生成方法如下。(1)采用QuXiuzhi等［8］的顶点偏置方法，将STL模型等距偏置挤压工具半径大小距离得到等距偏置模型后
的间隙;如果多边形相邻边的夹角小于180°，则要对偏置边进行求交运算来去除因偏置而使两相邻边与边发生交叉产生的多余部分。对于图2a所示多边形，边AB与边BC的夹角θ1＞180°，因此，对它们进行偏置一个距离d后，延长两偏置边求交，而其他的相邻边夹角都小于180°，因此偏置后修剪它们偏置边的交叉部位。②其次，当多边形任意边的长度小于偏置距离时，偏置后很可能出现与相邻边的偏置边没有交点的情况，因此，本算法在对多边形进行偏置之前，需判断每条边是否不小于偏置距离，小于偏置距离的边将不参加偏置。如图2b所示，边1长度小于偏置距离，边1偏置后与相邻偏置边无交点，因此删除偏置边1'，同理图2c中的边2和边3也不参加偏置。③最后，按照上述方法，对多边形进行由外向内的偏置得到一系列偏置多边形，直至出现相邻偏置边不相交为止。图2多边形偏置(a)相邻边夹角大于180°(b)边的修剪(c)边长度小于偏置距离Fig.2Polygonoffset(a)Angleofadjacentedgesismorethan180°(b)Trimmededges(c)Edgelengthislessthanoffsetdistance(3)按如上所述方法，对每层等高线都向模型内部偏置就可得到第3种和第4种轨迹类型。本文提出的算法在Windows7环境下、通过VisualC++平台和OpenGL图形库编程实现。为验证上述算法的可行性，以图3所示的圆台形板材件为研究对象，给出了算法应用实例。图4为挤压工具半径为3mm时圆台形板材件模型的偏置模型。图5是等高线层间距和各等高层上的水平偏置距离均为1mm时所生成的各轨迹类型。图3STL模型Fig.3STLmodel图4模型偏置Fig.4Modeloffset3基于数字模拟的成形轨迹对成形质量的影响分析为考察上述4种轨迹类型对成形质量的影响，采用ANSYS/LS-DYNA软件，对图4所示的板材件的数控渐近成形
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