汽车模具复杂棱脊和沟槽的数字化及激光加工轨迹规划.pdfVIP

12 第40卷第12期 机械 工 程 学报 vol40No 2004年12月 Dec 2004 CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERrNG 汽车模具复杂棱脊和沟槽的数字化 及激光加工轨迹规划+ 刘荷辉虞钢 (中国科学院力学研究所北京lo0080) 摘要：针对大型汽车冲压模具复杂棱脊和沟槽的数字化问题提出了三维自适应测量算法。为适应于激光表面强化 加工的特殊要求，在后续测量数据处理过程中建立了复杂棱脊和沟槽的简化数学模型，提出了六维激光加工轨迹 规划算法，并进行了测量和加工试验验证。上述算法都已应用到集成化柔性激光加工系统中。 关键词：激光加工汽车模具三维自适应测量加工轨迹规划 中图分类号：TN241 它们的共同特征，不失一般性可认为其由多个圆弧 0前言 曲面段光滑拼接而成。如图1所示，棱脊由左边界 曲线爿(为三维空间曲线)、中间曲线口、右边界曲线 冲压过程中汽车模具的一些部分(如曲率变化 c和连接三者的圆弧曲面构成，以垂直于中间曲线 大的自由曲面、复杂棱边和棱脊沟槽等)会因应力过 曰的平面截取棱脊所得到的横截面为由点R，、nf、 分集中而产生破坏，因此这些地方往往需要强化。 Pc．。决定的圆弧(如图2所示)。利用上述模型，则只 汽车模具的复杂棱脊和沟槽是指冲压模具中那些长 需要测量出左边界4、中间曲线曰和右边界c就可 条状的凸起和凹陷，这些地方都是冲压时应力急剧 以获得整个棱脊的位置信息。三维自适应测量的基 变化和集中的地方。另外这些地方形态各异，利用 本思路就是以累加弦长三次参数样条函数作为数学 点位测量办法将其数字化有一定困难。在研究中率 模型，获取空间曲线的特征点f特征点主要指曲线的 先提出了适用于点位测量的三维自适应测量算法， 拐点、大曲率的加密点以及测量起始点和结束点)， 以求能够准确、快速、安全地数字化模具棱脊和沟 槽。在后续激光强化加工中，激光经过二元光学变 换后形成具有一定尺寸的正方形加工光斑…，这就 要求每排轨迹数据在空问成等距排列，排与排之间 的距离也是等距的，并且不重叠、无间隙地覆盖待 加工部位。另外激光加工要求激光加工头垂直于加 工表面，其要求轨迹数据格式为空间三维坐标加外 法矢量的六维数据0，y，z，“，卿，翻。针对这 种问题，提出了复杂棱脊和沟槽的加工轨迹规划算 法，并利用集成化柔性激光加工系统B”完成数据采 集和加工试验。 o 图l汽车模具棱脊示意图 1三维白适应测量算法和轨迹规划算 法的基本思路及数学原理 1．1算法基本思路 n．，(n．…) 汽车模具的棱脊和沟槽呈现出多种形态，考察 ／一—王。栌“。 m认 X翟’ +中国科学院大型仪器设备研制项目(中科院计字[1997]第167号，中 。，I)z—矛C∑么夕夕只u’ 科院成鉴字[1999]第017号)和中国科学院知识创新工程重大项 目(KGcxl11)基金资助。2