基于机床实际速度反馈的五轴增材路径仿真

摘要

增材加工制造技术集合了多学科知识，是未来发展方向之一。增材加工能够自由制造三维模型，对复杂的三维模型快速成型，缩短新产品的研发周期并降低材料消耗。金属增材加工技术在航空航天、生物医药、汽车、电子电器等领域得到应用。金属增材加工发展时间相对减材加工短，在轨迹研究与仿真研究取得一定成果，但仍有很多问题有待解决，增材加工的仿真技术研究少，仿真技术应用仍不足。
　　本文首先建立弓形增长模型，然后将机床实际速度引入增长模型建模，搭建五轴增材仿真系统，实现基于机床实际速度反馈的五轴增材路径仿真。本文仿真能模拟增材加工熔覆道的几何形状特点，降低计算难度并反映出实际加工中进给速度对增材加工的影响，提高了仿真准确性，具有更高的参考价值。本文就增材加工的加工轨迹和仿真方面做了以下工作。
　　1)针对具有复杂几何外形的工件，开发出五轴增材轨迹：空间螺旋轨迹，五轴分层螺旋轨迹,五轴分层区域往复轨迹。空间螺旋轨迹能够应用具有自由曲面的薄壁工件加工。五轴分层螺旋轨迹使用螺旋曲线填充，提高了轨迹的光顺性。五轴分层区域往复轨迹能够针对具有自由曲面工件进行轨迹规划实现分区加工，提高加工效率。
　　2)优化仿真模型，将长方体模型优化为弓形增长模型，实现五轴增材仿真，仿真结果更接近实际加工成形效果。基于增材加工工艺的特点与机床速度不能保持稳定的特性，获取机床在加工时实际进给速度，根据质量守恒，基于弓形增长模型，在假设条件的前提下，计算弓形模型几何参数，进行可变熔覆道几何形状的路径仿真。
　　3)针对加工轨迹文件，搭建文件解析框架，实现对增材加工轨迹文件的解析，并与仿真算法结合，完成基于机床实际速度反馈的五轴增材路径仿真。算法设计完成后，基于NX平台，使用C++进行仿真系统开发。整个系统运行稳定，实现了五轴增材加工路径仿真宏观可视化。增材加工制造技术在国内外处于前沿的研究领域，增材仿真为增材加工制造提供参考，具有高应用价值。

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