專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種板料成形技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是涉及一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法。
背景技術(shù)：
金屬板材在航空、航天、汽車(chē)、船舶和家電等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的板材沖壓成形方法適用于大批量的生產(chǎn)，而針對(duì)小批量、多品種以及樣品的試制加工，傳統(tǒng)的板料沖壓成形技術(shù)因需要開(kāi)發(fā)模具，成形時(shí)需要專(zhuān)門(mén)的壓力機(jī)，因此制造成本顯著上升。板料漸進(jìn)成形是ー種柔性成形方法，這種方法通過(guò)ー個(gè)簡(jiǎn)單形狀的工具沿著特定的軌跡運(yùn)動(dòng)得到 相應(yīng)的零件形狀，不需要專(zhuān)用的模具就可以成形較為復(fù)雜的零件，因而生產(chǎn)成本較低且非常適用于小批量、多品種零件的生產(chǎn)以及樣品的試制加工。漸進(jìn)成形中，工具的運(yùn)動(dòng)路徑對(duì)零件的精度、表面粗糙度、成形時(shí)間等都具有重要的影響?，F(xiàn)有的漸進(jìn)成形方法最常用的工具路徑主要包括水平的輪廓型工具路徑以及對(duì)零件輪廓進(jìn)行插值得到的螺旋形工具路徑兩種。然而，采用這兩種工具運(yùn)動(dòng)路徑時(shí)成形零件表面質(zhì)量一般較差，成形時(shí)間也較長(zhǎng)。Jeswiet等人曾在《Asymmetric Incremental SheetForming)) (Advanced Materials Research, 2005 年，35 期)中對(duì)輪廓型工具路徑進(jìn)行了研究，指出輪廓型的工具路徑會(huì)在零件每層輪廓的起點(diǎn)處留下拉伸痕跡，影響零件表面質(zhì)量；Skjoedt 等人在((Creating 3D Spiral Tool Paths for Single Point IncrementalForming)) (Key Engineering Materials, 2007, 344 期)對(duì)螺旋形的工具路徑進(jìn)行了研究，指出通過(guò)對(duì)零件輪廓線(xiàn)進(jìn)行插值得到的螺旋形工具路徑只有在輪廓間距非常小的情況下才具有較高的幾何精度，因而成形時(shí)間較長(zhǎng)。尤其對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)輪廓線(xiàn)不在同一高度上的非規(guī)則復(fù)雜形狀零件來(lái)說(shuō)，上述問(wèn)題更為明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種提高零件表面質(zhì)量、縮短成形時(shí)間的基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法，該方法首先由處理器根據(jù)以下步驟生成漸進(jìn)成形工具路徑步驟一、模型表面離散化處理器獲得零件的CAD設(shè)計(jì)圖，并將其轉(zhuǎn)換成通過(guò)三角形面的STL模型；步驟ニ、定義特征邊界設(shè)定STL模型上的特征邊界線(xiàn)，包括內(nèi)邊界線(xiàn)和外邊界線(xiàn)；步驟三、繪制零件表面等勢(shì)線(xiàn)根據(jù)零件表面上各節(jié)點(diǎn)與特征邊界線(xiàn)的關(guān)系獲得零件表面等勢(shì)線(xiàn)；步驟四、生成漸進(jìn)成形工具路徑依據(jù)零件形狀對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行處理，即生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形工具路徑；然后處理器將生成的漸進(jìn)成形工具路徑輸入漸進(jìn)成形機(jī)床的控制器，控制器根據(jù)漸進(jìn)成形工具路徑控制漸進(jìn)成形機(jī)床進(jìn)行零件的成形。所述的步驟三中零件表面等勢(shì)線(xiàn)是通過(guò)以下步驟獲得的首先，分別計(jì)算零件表面上各節(jié)點(diǎn)到內(nèi)邊界線(xiàn)、外邊界線(xiàn)的空間距離；然后，計(jì)算零件各節(jié)點(diǎn)到內(nèi)邊界線(xiàn)的空間距離和點(diǎn)到兩邊界線(xiàn)的空間距離之和的比值并將該比值定義為該節(jié)點(diǎn)的勢(shì)場(chǎng)；最后，設(shè)定等勢(shì)線(xiàn)的條數(shù)，計(jì)算相鄰兩等勢(shì)線(xiàn)間的勢(shì)場(chǎng)差，再通過(guò)插值方法在零件表面繪制出等勢(shì)線(xiàn)。所述的步驟四中對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行的處理包括插值處理或首尾相接處理。 所述的對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行的處理為插值處理，生成的漸進(jìn)成形工具路徑為螺旋形運(yùn)動(dòng)路徑。所述的對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行的處理為首尾相接處理，生成的漸進(jìn)成形工具路徑為往復(fù)式運(yùn)動(dòng)路徑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法充分考慮了零件的具體形狀特征，能基于零件的特征生成連續(xù)的工具運(yùn)動(dòng)路徑。通過(guò)使用本發(fā)明所述方法對(duì)非規(guī)則的復(fù)雜形狀零件進(jìn)行漸進(jìn)成形，由于工具運(yùn)動(dòng)軌跡充分考慮了零件設(shè)計(jì)特征，成形后成形零件局部特征處的表面質(zhì)量?jī)?yōu)于基于傳統(tǒng)層切法路徑成形的零件表面質(zhì)量。


圖I為本發(fā)明方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例I的工具路徑不意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的工具路徑示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I以圖2所示的非軸對(duì)稱(chēng)零件為例，對(duì)本發(fā)明提出的方法進(jìn)行具體說(shuō)明。本實(shí)施方式的方法首先由處理器根據(jù)以下步驟生成漸進(jìn)成形工具路徑，如圖I所示第一歩、模型表面離散化將零件的CAD設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換成通過(guò)三角形面的STL模型；第二歩、定義特征邊界設(shè)定STL模型上的特征邊界線(xiàn)，圖2中，I為內(nèi)邊界線(xiàn)，2為外邊界線(xiàn)；第三步、計(jì)算各點(diǎn)距離計(jì)算零件表面上各節(jié)點(diǎn)到內(nèi)邊界線(xiàn)I的空間距離dl ;并計(jì)算零件表面上各節(jié)點(diǎn)到外界線(xiàn)2的空間距離d2 ；第四步、計(jì)算各點(diǎn)勢(shì)場(chǎng)計(jì)算零件各節(jié)點(diǎn)到內(nèi)邊界線(xiàn)的空間距離和點(diǎn)到兩邊界線(xiàn)的空間距離之和的比值dl/(dl+d2)，將該比值定義為該節(jié)點(diǎn)的勢(shì)場(chǎng)；第五步、繪制等勢(shì)線(xiàn)指定等勢(shì)線(xiàn)的條數(shù)，計(jì)算相鄰兩等勢(shì)線(xiàn)間的勢(shì)場(chǎng)差；通過(guò)插值方法，在零件表面繪制出等勢(shì)線(xiàn)；第六步、計(jì)算工具運(yùn)動(dòng)路徑依據(jù)零件的形狀，將相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行插值處理，即形成漸進(jìn)成形工具的螺旋形運(yùn)動(dòng)路徑3 ；然后處理器將生成的漸進(jìn)成形工具路徑輸入漸進(jìn)成形機(jī)床的控制器，控制器根據(jù)漸進(jìn)成形工具路徑控制漸進(jìn)成形機(jī)床進(jìn)行零件的成形。實(shí)施例2以圖3所示的底面內(nèi)凹零件為例，本實(shí)施方式的方法首先由處理器根據(jù)以下步驟生成漸進(jìn)成形工具路徑，如圖I所示第一歩、模型表面離散化將零件的CAD設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換成通過(guò)三角形面的STL模型；第二歩、定義特征邊界指定STL模型上的4為零件的內(nèi)邊界線(xiàn)，5為外邊界線(xiàn)； 第三步、計(jì)算各點(diǎn)距離計(jì)算零件表面上各節(jié)點(diǎn)到內(nèi)邊界線(xiàn)4的空間距離d4 ;并計(jì)算零件表面上各節(jié)點(diǎn)到外界線(xiàn)5的空間距離d5 ；第四步、計(jì)算各點(diǎn)勢(shì)場(chǎng)計(jì)算零件各節(jié)點(diǎn)到內(nèi)邊界線(xiàn)的空間距離和點(diǎn)到兩邊界線(xiàn)的空間距離之和的比值dV(d4+d5)，將該比值定義為該節(jié)點(diǎn)的勢(shì)場(chǎng)；第五步、繪制等勢(shì)線(xiàn)指定等勢(shì)線(xiàn)的條數(shù)，計(jì)算相鄰兩等勢(shì)線(xiàn)間的勢(shì)場(chǎng)差；通過(guò)插值方法，在零件表面繪制出等勢(shì)線(xiàn)；第六步、計(jì)算工具運(yùn)動(dòng)路徑依據(jù)零件的形狀，將相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行首尾相接處理，即形成漸進(jìn)成形工具的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)路徑6 ；然后處理器將生成的漸進(jìn)成形工具路徑輸入漸進(jìn)成形機(jī)床的控制器，控制器根據(jù)漸進(jìn)成形工具路徑控制漸進(jìn)成形機(jī)床進(jìn)行零件的成形。
權(quán)利要求
1.一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法，其特征在于，該方法首先由處理器根據(jù)以下步驟生成漸進(jìn)成形工具路徑 步驟一、模型表面離散化處理器獲得零件的CAD設(shè)計(jì)圖，并將其轉(zhuǎn)換成通過(guò)三角形面的STL模型； 步驟二、定義特征邊界設(shè)定STL模型上的特征邊界線(xiàn)，包括內(nèi)邊界線(xiàn)和外邊界線(xiàn)； 步驟三、繪制零件表面等勢(shì)線(xiàn)根據(jù)零件表面上各節(jié)點(diǎn)與特征邊界線(xiàn)的關(guān)系獲得零件表面等勢(shì)線(xiàn)； 步驟四、生成漸進(jìn)成形工具路徑依據(jù)零件形狀對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行處理，即生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形工具路徑； 然后處理器將生成的漸進(jìn)成形工具路徑輸入漸進(jìn)成形機(jī)床的控制器，控制器根據(jù)漸進(jìn)成形工具路徑控制漸進(jìn)成形機(jī)床進(jìn)行零件的成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法，其特征在于，所述的步驟三中零件表面等勢(shì)線(xiàn)是通過(guò)以下步驟獲得的 首先，分別計(jì)算零件表面上各節(jié)點(diǎn)到內(nèi)邊界線(xiàn)、外邊界線(xiàn)的空間距離； 然后，計(jì)算零件各節(jié)點(diǎn)到內(nèi)邊界線(xiàn)的空間距離和點(diǎn)到兩邊界線(xiàn)的空間距離之和的比值并將該比值定義為該節(jié)點(diǎn)的勢(shì)場(chǎng)； 最后，設(shè)定等勢(shì)線(xiàn)的條數(shù)，計(jì)算相鄰兩等勢(shì)線(xiàn)間的勢(shì)場(chǎng)差，再通過(guò)插值方法在零件表面繪制出等勢(shì)線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法，其特征在于，所述的步驟四中對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行的處理包括插值處理或首尾相接處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法，其特征在于，所述的對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行的處理為插值處理，生成的漸進(jìn)成形工具路徑為螺旋形運(yùn)動(dòng)路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法，其特征在于，所述的對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行的處理為首尾相接處理，生成的漸進(jìn)成形工具路徑為往復(fù)式運(yùn)動(dòng)路徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于零件形狀特征的板料漸進(jìn)成形方法，該方法首先由處理器根據(jù)以下步驟生成漸進(jìn)成形工具路徑步驟一、模型表面離散化；步驟二、定義特征邊界，設(shè)定STL模型上的特征邊界線(xiàn)；步驟三、繪制零件表面等勢(shì)線(xiàn)根據(jù)零件表面上各節(jié)點(diǎn)與特征邊界線(xiàn)的關(guān)系獲得零件表面等勢(shì)線(xiàn)；步驟四、生成漸進(jìn)成形工具路徑依據(jù)零件形狀對(duì)相鄰等勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行處理，即生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形工具路徑；然后處理器將生成的漸進(jìn)成形工具路徑輸入漸進(jìn)成形機(jī)床的控制器，控制器根據(jù)漸進(jìn)成形工具路徑控制漸進(jìn)成形機(jī)床進(jìn)行零件的成形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有提高零件表面質(zhì)量、縮短成形時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21D25/00GK102847772SQ20121035208
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者陸彬, 陳軍, 曹婷婷, 宋修成 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)