基于Open CASCADE的MID激光直接成型CAM系统开发研究

摘要

在机电一体化领域，3D-MID(Three Dimensional-Molded Interconnect Devices，三维模塑互连器件)指的是一种创新性的工艺技术，它抛弃了传统的电路板，直接在注塑成型的塑料壳体上集成机械和电子功能。激光直接成型(Laser Direct Structuring)技术工艺是MID目前最先进和成熟的制造工艺，但是LDS工艺还有很多的应用局限性，其中LDS设备还存在一定的缺陷，同时在LDS加工仿真CAM系统的开发十分欠缺，需要投入更多的研究。
　　本文阐述了国内外MID激光直接成型设备及加工仿真CAM系统开发的现状和存在的问题，基于Open CASCADE三维造型核心进行MID激光直接成型CAM系统开发，主要研究内容如下:
　　(1)对MID激光直接成型加工仿真CAM系统进行框架结构设计，基于Open CASCADE和MFC完成CAM系统的界面设计，并在系统中实现了基本建模、布尔运算、CAD模型数据交换、实体选取操作等基本功能模块。
　　(2)分析确定MID激光直接成型机构的总体设计思路，对MID激光直接成型设备进行模块化设计，综合现有的激光加工设备及五轴数控机床的特点，完成了MID激光直接成型设备的结构设计，通过振镜扫描系统与五轴工作台的配合，完成五轴激光加工，满足MID三维基体表面进行激光直接成型电路的工艺技术要求。最后从提高效率的角度出发，研究了多头激光直接成型机床结构。
　　(3)针对模块化设计思想及后续加工仿真的需求，提出了MID激光直接成型设备的虚拟建模方法，完成虚拟LDS加工设备总体结构模型及运动学模型的建立。在设备结构模型细化方面，利用SoildWorks完成激光直接成型设备关键部件的建模及装配，开发仿真系统与SolidWorks的接口，实现了CAM系统中模型可细化的要求。
　　(4)对五轴工作台以及振镜扫描系统进行运动学分析，结合运动学分析结果，说明了五轴机构与振镜扫描系统在三维电路激光直接成型过程是如何配合工作的，为后续加工仿真模块的开发奠定基础。
　　(5)完成在三维基体表面电路绘制模块、激光直接成型加工仿真模块及NC代码输出模块的开发。在三维电路绘制模块，完成电路的交互式建立功能，利用橡皮筋技术，实现电路的动态绘制功能;在仿真模块中实现了激光加工过程三维电路加工路径的生成，研究了激光加工路径规划算法，并通过激光加工过程仿真实例，验证了电路加工路径生成及路径规划算法的正确性和合理性。在NC代码输出模块，结合路径规划及加工仿真的结果，自动生成NC加工代码，为后续的MID激光直接成型设备的实际加工奠定基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 激光直接成型的原理及工艺

1．3 课题相关内容的研究现状

1．3．1 激光直接成型设备的研究现状

1．3．2 激光成型CAM系统的研究现状

1．3．3 仿真分析的研究现状

1．4 课题概述

1．4．1 课题研究内容

1．4．2 课题研究思路

第二章 MID激光直接成型CAM系统开发的基本思想

2．1 MID激光直接成型CAM系统的开发工具及平台

2．1．1 visual Studio 2010

2．1．2 Open CASCADE技术概述

2．2 MID激光直接成型CAM系统的功能模块

2．2．1 CAM系统的建模、仿真功能需求分析

2．2．2 系统的基本组成

2．2．3 各功能模块的作用

2．3 建模、仿真及分析系统的搭建与描述

2．4 本章小结

第三章 MID激光直接成型机构与运动学分析

3．1 MID激光直接成型设备的总体设计思路

3．2 MID激光直接成型设备模块化

3．2．1 设备模块化划分

3．3 激光直接成型设备的结构

3．3．1 设备的结构形式

3．3．2 设备结构设计

3．3．3 设备的总体结构模型

3．3．4 多激光头机床的结构建模

3．4 激光直接成型设备的运动学分析

3．4．1 五轴机床的运动学分析

3．4．2 振镜扫描系统的运动学分析

3．5 五轴机床与振镜扫描系统的配合运动

3．6 本章小结

第四章 MID激光直接成型CAM系统建模的实现

4．1 激光直接成型设备的虚拟建模方法

4．1．1 读取中性格式的设备模型

4．1．2 组件树

4．2 MID激光直接成型设备虚拟模型建立

4．3 设备模块细化的方法

4．4 电路的建立

4．4．1 读取电路模型

4．4．2 自主设计生成电路

4．5 本章小结

第五章 MID激光直接成型加工仿真的实现

5．1 MID激光加工仿真路径生成

5．1．1 电路线路加工路径生成

5．1．2 电路图案的加工路径生成

5．2 激光加工仿真路径规划

5．3 MID激光加工仿真的实现

5．4 激光加工仿真NC代码的输出

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要研究结果

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

附录1 基于MFC的OCAF应用程序框架生成

附录2 程序中添加SolidWorks类库