激光直接制造和再制造技術(shù)CAM研究.pdf

1、激光直接制造和再制造技術(shù)是近幾年才興起的先進(jìn)制造技術(shù),其實(shí)質(zhì)是利用同軸送粉激光熔覆按照快速原型的理念進(jìn)行添加式層疊直接制造和再制造的方法。它是一門新的光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、自動化、材料綜合交叉的先進(jìn)制造技術(shù),無論從基礎(chǔ)理論、工藝、設(shè)備的開發(fā)和研制,還是工業(yè)化應(yīng)用都面臨著許多研究課題。本文全面總述了國內(nèi)外直接制造和再制造技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r,闡述了自主開發(fā)的激光直接制造和再制造硬件系統(tǒng)組成,主要研究內(nèi)容包括：同軸送粉噴嘴的研制、激光直接制造和再制造

2、CAM 軟件原型系統(tǒng)的研究與開發(fā)以及加工實(shí)踐。 載氣式同軸送粉噴嘴是激光直接制造和再制造技術(shù)的關(guān)鍵部件之一,同軸送粉噴嘴輸出的粉末流參數(shù)直接影響著制造零件的尺寸精度及形貌等,因此對同軸送粉噴嘴粉末流運(yùn)動規(guī)律的研究對同軸送粉噴嘴的設(shè)計(jì)和激光直接制造和再制造工藝優(yōu)化具有重要的意義。本文采用兩個(gè)共軸的噴嘴來實(shí)現(xiàn)同軸送粉,根據(jù)氣固兩相流的雙流體模型理論,建立了載氣式同軸送粉噴嘴處氣-粉兩相流的基本守恒方程組,對載氣式同軸送粉噴嘴的粉末流

3、場進(jìn)行數(shù)值模擬,研究分析了粉末流場濃度分布規(guī)律,粉末流參數(shù)--聚焦焦距和聚焦半徑的變化規(guī)律,并進(jìn)行了試驗(yàn)研究,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。同時(shí)研制了系列同軸送粉噴嘴。 CAD/CAM應(yīng)用軟件系統(tǒng)主要完成零件三維實(shí)體造型并將模型轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床驅(qū)動指令的功能,是直接制造和再制造技術(shù)的前提和基礎(chǔ),是影響整個(gè)加工速度、精度和效率的重要因素。根據(jù)直接制造和再制造原理,分析了CAD/CAM應(yīng)用軟件系統(tǒng)的工作流程,將整個(gè)軟件系統(tǒng)劃分為CAD造

4、型(含三維反求)、軌跡生成、軌跡模擬、工藝參數(shù)設(shè)置和工藝數(shù)據(jù)庫、數(shù)控代碼生成和數(shù)據(jù)傳輸?shù)饶K。通過研究通用三維CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)技術(shù),基于CAD平臺規(guī)劃了直接制造和再制造CAD/CAM系統(tǒng)框架。 在分析研究CAD軟件平臺下CAD模型數(shù)據(jù)的內(nèi)部表達(dá)方法以及拓?fù)湫畔⒑蛶缀涡畔⑻崛》椒ǖ幕A(chǔ)上,提出應(yīng)用CAD軟件應(yīng)用程序接口(ApplicationProgram Interface,API)函數(shù)中的曲面-曲面求交函數(shù)實(shí)現(xiàn)CAD模型曲

5、面與分層平面求交的方法,給出了一系列直接分層算法,包括求交后輪廓交線的提取、排序整理及離散方法和光柵填充掃描算法。開發(fā)了相應(yīng)的程序,用戶可以輸入激光功率、掃描速度、分層厚度、熔覆寬度、設(shè)置不同的容差等參數(shù),沿不同方向進(jìn)行直接分層提取零件截面輪廓信息,生成光柵填充掃描路徑,進(jìn)行軌跡模擬,可以處理復(fù)雜零件。同時(shí)自行設(shè)計(jì)了記錄切片數(shù)據(jù)的文件格式,用直線、圓弧或圓描述分層輪廓,提高了分層的精度。為確切分析直接分層的精度,制作了試件與STL間接分

6、層試件比較,結(jié)果表明采用直接分層的試件的精度和表面質(zhì)量優(yōu)于STL間接分層。為了進(jìn)一步提高制作精度,減少臺階效應(yīng),研究了自適應(yīng)直接分層算法,采用法向矢量判別原則,基于CAD平臺二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了這一算法。 研究了應(yīng)用5軸機(jī)床直接制造和再制造的特點(diǎn),通過改變激光束的光軸方向可以減少甚至不需支撐,可疊加制造具有懸邊或型腔特征的零件,給出了5軸制造輪廓信息處理及軌跡路徑生成算法,通過直接分層提取到輪廓點(diǎn)坐標(biāo)及其法向矢量和切向矢量,計(jì)算得到表