复杂曲面五轴数控渐进成形轨迹规划与生成研究

金属板材数控渐进成形技术是最近发展起来的一种柔性的无模成形技术。然而，目前的三轴数控渐进成形存在着成形精度低、无法成形复杂曲面等问题。五轴数控渐进成形，由于其挤压工具拥有较大的自由度, 能够以任意方向挤压板材，因而不仅可以进行复杂曲面的成形，而且还可按所需方向施加挤压力来有效地控制变形状态，从而显著提高成形精度。充分发挥五轴数控渐进成形优势的关键是要根据挤压方向对成形质量的影响规律，选择合理的挤压方向，进而合理地规划和生成成形轨迹。拟揭示挤压方向对成形质量的影响规律和合理挤压方向的确定方法，综合考虑数控渐进成形中挤压方向、板材厚度变化、可成形性和残留高度等因素，建立一种能够自适应板材厚度变化并能保证挤压工具压头与支撑之间合理间隙，能够确保合理挤压方向，可对成形性不同的曲面进行分区个性化成形加工和满足等残留高度要求的五轴数控渐进成形轨迹规划与生成方法，为五轴数控渐进成形技术的研究奠定基础。

金属板材数控渐进成形技术不使用昂贵的模具，可直接从CAD数据快速、经济地制造出金属板材件，并可广泛应用于样件试制和多品种小批量生产。然而，现有的金属板材数控渐进成形由于都采用三轴数控渐进成形方式，因而无法成形加工复杂钣金件。相对于三轴数控渐进成形，五轴数控渐进成形中挤压工具拥有更大的自由度，可以成形加工形状更复杂的钣金件。..研究出针对不同应用需求的五轴数控渐进成形中挤压工具姿态计算方法、基于STL模型的挤压工具与工件干涉检查和修正算法，阐明了挤压方向对成形质量的影响，给出了一种能够满足等残留高度要求的基于STL模型的成形轨迹刀位点计算方法，提出了一种面向成形件厚度均匀化的、与板料面成一定角度的倾斜轨迹生成算法。为解决数控渐进成形中需要按特定的挤压方向挤压板材时挤压工具与工件发生干涉而不能成形的问题，研究出一种曲面分区分阶段成形方法。此外，提出了一种根据曲面曲率变化和挤压工具对曲面的可接近性调整成形轨迹方位和挤压工具姿态的五轴数控渐进成形轨迹生成方法和一种基于三轴数控渐进成形与五轴数控渐进成形结合的复合成形方法，使得包含有从Z轴正方向或负方向不可见且成形角大于90度曲面的复杂钣金件的成形成为可能。. 本项目的成果解决了五轴数控渐进成形轨迹规划和生成的关键问题，使得能够充分发挥五轴数控渐进成形的优势，进而使形状更复杂的钣金件成形成为可能，为该技术的工程应用奠定了基础。