基于机器人的电弧熔覆成形/再制造中的自适应分层方法研究

直接对再制造缺损模型逆向工程中的点云数据进行分层处理，从而省去曲面重构中间过程，有利于提高再制造成形的效率。研究将再制造过程中缺损面的等距曲面作为分层面的适用情况及其对成形效率、成形精度的影响规律。为减少、消除由于金属流淌而使用的支撑结构，研究能充分发挥机器人电弧熔覆成形/再制造工艺成形自由度高、可实现全位置成形等特点的分层方法：在数值模拟与试验研究相结合的方法分析成形参数与可成形性之间关系的基础上，根据高斯图与可视图概念构建待成形零件的可成形图，确定零件的可成形方向；利用几何轮廓线等几何特征将不能沿单一方向成形的零件分解为可成形部分和不可成形部分；为不可成形部分重新选择成形方向使其成为可成形部分。新的分层方法将为机器人电弧熔覆成形/再制造系统高效快速的制造出或修复复杂零件奠定基础。

针对传统单方向的零件模型分层方法不能充分发挥机器人电弧熔覆成形工艺特点的问题，在UNIGRAPHICS环境下研究开发了一种变方向自适应直接分层方法：首先试验研究了电弧熔覆成形工艺参数与成形层厚度之间的关系，确定出合适的分层厚度参数；建立了熔滴在倾斜面成时碰撞、凝固过程的数值分析模型，初步分析了倾斜面成形机理；定义极限可成形倾角的概念，确定出了不同成形工艺参数下极限可成形倾角值；以此极限可成形倾角为判据，对零件几何模型进行分解处理，在给定成形方向上将其分为可成形特征体与不可成形特征体；为实现无支撑成形，对不可成形特征体重新选择分层方向；以电弧熔覆成形后零件与零件CAD模型之间的体积偏差的大小，为各特征体优化选择分层方向，提高成形精度。还实现了以熔覆成形起始面的等距曲面作为分层切面的曲面分层。. 此外，针对电弧熔覆成形再制造过程，实现了对再制造点云模型的直接分层，省去了曲面重构过程，从而减少了误差来源，提高处理效率。