产品与模具的快速数字分层制造理论中的软件系统研究

摘要

近年来，科学技术的飞速发展，尤其是以计算机技术为代表的信息产业的发展，给传统的制造业带来了新的生机和活力，快速成型技术便是制造业技术全面更新换代这一大趋势中的典型代表，它能有效缩短产品的开发周期，降低开发成本，尤其是满足单件、小批量个性定制的要求，已经成为中小批量乃至单件产品制造的重要生产模式。 本文研究内容即为快速成型技术研究领域的国家自然科学基金项目：产品与模具的快速数字分层制造方法中的软件系统。此快速成型方法大致为：采用薄片材料，如金属、塑料片材或带材等进行逐层加工。先采用超声波焊接方法，实现层与层之间的固体连接，每层焊接完成后，根据CAD模型切片轮廓数据信息，驱动刀具进行平面加工单层轮廓。之后再堆积加工形成新层，循环执行以上过程，直至完成产品与模具的快速制造。本文重点就此快速成型方法中的软件系统展开讲述，主要包括讲述该软件系统的开发思想，原理；建立计算机模拟试验，对此快速成型工艺的参数进行优化，其目标是开发出可应用于快速数字制造的应用软件。 (1)零件与模具的显示方面本软件系统读取STL格式的数字三维实体信息，将其存储于优化后的数据结构中，然后采用OpenGL技术作为三维实体图形的引擎来还原三维实体，使用户较好地在切片前对模型实体进行观察分析。 (2)实体切片方面实体模型切片是快速成型技术中的核心技术，也是本软件系统的核心内容。本文采用先进的分段求交STL数据模型切片算法，减少切平面在求交过程中与实体模型三角片的遍历时间，以便最高效率的执行模型切片操作，并绘制单层切片轮廓，最后输出加工文件。 (3)焊接工艺的有限元分析方面介绍了采用MARC软件进行有限元分析的基本方法，并将其分析结果应用到了本课题中的超声波焊接工艺方面，运用分析结果来优化超声波焊接参数选取。 此软件系统从STL文件的数据读入，STL实体模型描述，STL实体模型数据存储数据结构建立，数据结构优化，实体模型切片，实体模型切片轮廓线勾画，直至加工文件输出，整个过程均在Ⅵsal C++环境下编辑，通过调用OpenGL三维图形显示函数，协同完成整个软件编写。软件系统整体体现出优秀的模型显示功能、较高的切片效率以及初步的有限元分析能力，同时此软件的开发，也为现在日益迅速发展的快速成型技术增加了新的技术实例。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2快速成型技术介绍

1.2.1快速成型技术及其基本原理

1.2.2目前主流快速成型技术

1.3课题选题背景现状以及研究意义

1.3.1课题的选题背景

1.3.2国内外本领域现状

1.3.3课题的选题意义

1.4课题的研究内容和相关技术介绍

1.4.1课题的研究内容

1.4.2超声波焊接技术

1.5全文内容安排

第2章快速成型系统对CAD模型文件的识别

2.1快速成型系统中的数据处理技术链

2.2 CAD模型与RP系统间数据转换

2.2.1从CAD模型到RP系统的数据转换过程

2.2.2 STL文件格式简介

2.2.3 ASCⅡ码和二进制码的STL文件格式

2.2.4 STL文件格式的规则和缺陷

2.2.5 STL文件格式的错误修正

2.3 RP系统中CAD模型建立的算法与程序实现

2.3.1以ASCⅡ码构成的STL模型的读入算法

2.3.2以二进制码构成的STL模型的读入算法

2.4本章小结

第3章快速成型系统中CAD模型的显示

3.1 CAD模型显示概述

3.2 OpenGL技术介绍

3.2.1 OpenGL技术概述

3.2.2 OpenGL程序的基本结构

3.2.3 OpenGL基本操作

3.3基于MFC的OpenGL编程

3.3.1 OpenGL窗口的创建和初始化

3.3.2 OpenGL基本几何对象的描述

3.4基于OpenGL技术的CAD模型显示

3.4.1 OpenGL中多边形的绘制

3.4.2 OpenGL中CAD模型的光照处理

3.5本章小结

第4章快速成型系统中CAD模型的切片处理

4.1 CAD模型切片技术的基本概念

4.2 CAD模型切片处理的基本过程

4.3典型的CAD模型切片算法介绍

4.3.1 STL文件构成的CAD模型直接切片算法

4.3.2重建STL文件拓扑信息后的CAD模型切片算法

4.3.3自适应切片算法

4.4基于有序点双重单侧树的切片原理及实现

4.4.1 CAD模型成型方向的选择

4.4.2 CAD模型切片算法

4.4.3该算法的优点

4.5 CAD模型切片文件输出

4.5.1通用层片接口文件CLI简介

4.5.2 CLI文件输出处理

4.6本章小结

第5章有限元分析方法应用

5.1采用有限元分析方法的意义

5.2有限元分析软件MARC简介

5.2.1 MARC概述

5.2.2采用MARC进行有限元分析的一般流程

5.3分层制造中多层焊接相关工艺的有限元分析

5.3.1有限元模型的建立

5.3.2焊接压力的影响

5.3.3焊接振幅对工件强度的影响

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢