直接自适应切片在理想材料零件的CAD模型（IFMC）外文翻译（中）

1 中国机械工程学报 18， 1， 2005 徐道明 镇沅家 郭东明 重点实验室精密和非传统加工技术应用教育部 ， 大连理工大学 ， 116024 中国大连。 直接自适应切片在理想材料零件的 摘要：一个全新的直接自适应分层的方法，可明显提高零件精度和减少建立时间。班至少有两个阶段都包含在这个操作：得到的切削平面与固体部分和确定的层厚度的交叉轮廓。除了通常的 固体模型切片它的特殊要求，使横截面的轮廓线段尽可能是其中之一 这是提高制造效率，通过自适应地调整方向的一步， 在每个交叉点的步骤的大小来获得优化的咬合高度达到。层厚度的测定可分为两个阶段：基于几何厚度和厚度估计基于验证材料。前一阶段的几何公差过程分为两个部分：各种曲线由圆弧近似，引入了第一部分，和 程的轮廓线之间的偏差和圆弧生成第二部分后一阶段主要是验证估计在前一阶段的层的厚度和确定一个新的必要的话。 关键词：快速原型 理想材料零件 直接自适应切片 表面平面 交叉 行军 0引言 理想材料零件（ 一种新型的材料组分为科学技术发展所需的类。 快速原型制造（ ）技术，或者叫 体无 模成形）技术，是制造的理想材料零件的基本技术。 它是基于的原理制造层的层。与传统制造工艺相比，那些使用 技术目前是耗时的部分依赖，但 在处理具有宽范围的形状零件 具有 柔性 固体部分的切片是一种理想材料零件的基本步骤在制造过程。 阐述了 应用于相关的阶段， 如方向，支持生成，等。 目前，切片是主要处理无数的三角面片逼近的部分，那就是， 于其固有的缺点，这样直接切片的部分模型更是成为一个活跃的研究都可以达到任何灵活的自适应允许割线的高度。此外，也有两种类型的分层策略：均匀分层 自适应切片。与前者相比，后者能用较少的时间完成建设较高的表面精度。 2 . 论一个准确的切片程序 在此基础上， 人，进一步描述了一种更一般的切片过程中的 W. . 自适应切片孵化战略选择。 一种新的方法，称为局部自适应切片技术进行了简要的介绍了贾斯廷 。 一种自适应分层方法在二语习得过程西方公司旗下，三富。 人扩展他们的早期作品，说裁判。 2,3自适应的 另一个全新的直接自适应分层策略提出了由至少两个阶段：得到的交叉轮廓和确定层的厚度。前者主要是处理得到的断面轮廓线段尽可能根据固体部分的几何特征，后者试图确定切片层由轮廓在第一阶段的基础上获得的几何特性和材料设置综合分析的厚度。两者交替进行直至切层在预方向到达的最后部分定义的取向。 1跟踪沿交叉曲线 一般来说，在 型的表面是由平面，圆锥曲线和曲面。 切割零件的实体模型的切割平面问题，事实上，一个 面平面交叉口）从几何问题，这可以被视为一个特殊的情况下（ 面求交问题。 析法和数值方法（主要是推进基于或细分算法）。此外，基于微分几何原理的算法是近年来迅速发展起来的。 平面交叉口之间 和一个参数的表面可以被视为一个扩展 和特殊情况下的交叉参数化的表面和表面之间。 行进中的基础算法计算一个切割平面与一个理想材料零件的 型的参数曲面求交的轮廓，其中一个突出的特点是允许充分利用咬合高度。 让 代表一条直线，在 表面附近的点线，是本线和 我们（ U， V）表示一个曲面的参数变量 u和 个迭代过程可以进行，得到一个真正的交叉点，以满足表达 扩大这种表达，我们可以得到 3 牛顿迭代法求解这组方程 假设 可以得到以下方程 让 T = 0的函数 T），对应点的 我们（ U， V）被认为是最接近的表面上的点，即， 双值（ U， V）的变量对初始值（ U， V）表达的（ U， V）。 毫无疑问，迭代过 程将持续到下 是满意的，其中 是一个预先设定的允许误差，和作为一个结果，真正的交叉点 假定曲率点的 i。那里的步进方向和步长的初步评估是根据曲率 在这种情况下，割线的高度不能满足要求的优化步骤，中间值定理和线 4 性插值的方法将联合应用，得到优化的步进方向和步长。方向的一步，对于点月的大小（见图。 1） 是由方程 4决定 其中一个是切向量之间的夹角，在点 即，估计步长方向；我是估计 的步长； I 圆半径； 图 1 选择下一步 化的步骤 实际的交叉点的部分的表面的步骤是在 而，这并不意味着得到满足预先设定的要求和咬合高度进行优化。优化的步骤的标准可以是多种多样的。在本文中，我们将有咬合高度 H H H ，其中 H 为许用割线高度设定值。 让 1对应，这是小于 H ，而 H对应的夹角银。我们可以构建一个变小时，即功能， = F（ H）。扩大，我们 5 根据表面的连续性假设和中值定理，我们可以通过线性插值的方法获得估计的如 步长可以计算由方程（ 4）与 这个周期将被重复直到咬合高度满足优化咬合高度要求。 2 阶梯效应和遏制的问题 两个主要因素影响几何计算的基础层的厚度和表面加工精度是阶梯效应和遏制的问题。换句话说，基于几何层厚度的允许的牙尖高度主要取决与切片平面在一定高度的原始 型的表面形状。 （ 1） 阶梯效应是由 的特点而形成的。它是由物理参数表示：牙尖高度，如图 2所示。 6 图 2 阶梯效应和遏制风格 （ 2） 安全问题是指包含关系的部分原始 是通过平面的轮廓的讨论，在算法中沉积的策略表示，如图 2所示。 让 M 的形成过程。 它可以从图的情况下看到（一）正公差和案例（ B）是负公差而案例（ c）和（ d）混合公差。 3 基于几何 层厚度估计 对某些层 的层厚度的确定算法的粗糙的流程图如图所示，最大层的厚度是由特定的 7 图 3 层厚度的确定算法流程图 几何基础层厚度计算在任何点上的轮廓线的切片平面是马的最低层的厚度对切片轮廓各点的基础上。 通常，一个逃离曲线由圆弧和直线近似可以被视为一个圆的曲率为零。因此我们可以集中我们的讨论在圆弧误差分析对切片平面的层位于同一纵截面的两个点作为一个自由曲线或圆弧的终点。 差准则 在某点 的误差准则被定义为偏离所建立的轮廓线的层在 正常的曲线在某点上下分层平面。一般说来，误差值是通过允许尖高度代表。 8 偏差的一个综合性的概念，一般可以分为两个部分：（ 1）的圆弧曲线或直线，逼近误差说 。从该层的轮廓线，圆弧的错误，说 。从而，允许的牙尖高度，说 ，由用户，可以全面的价值。它们之间的关系如下图所示 差分析 原来的曲线和逼近圆弧之间的误差是由 ，作为显示在图 4A。假设在两个端点曲率， 2，正常曲线 2。因此，对圆弧 从中心点曲线 第三季度，沿垂直方向的线段 高度误差之间的正常曲线 1有圆弧割线 = | 。 在特殊情况下，例如，正常曲线 弧的曲率为零的 =0。 差 错误的定义是 是相对于 复杂一点：一是圆弧的谎言在一季度的圆，如图 4b；另一个是圆弧跨越一个四分之一圆，位于半圈， 在 图 4们将分别在下面讨论 。 签署了包括交叉曲线 与取向方向两端点的切矢角可以得到，如 4c。签署产品积极结果是相应的案例（ B）而相反的是相应的案例（ C）和（ D） （ 1） 在一个单一的象限圆弧 圆弧半径 图。基于平面几何，我们有 这 9 （ 2）圆弧过象限 在 图 4c，圆弧是在用过量的沉积策略的凸函数。 假设在 们 。 在图 4d,圆弧是缺乏沉积策略的凸函数。 (a)圆弧逼近自由曲线 （ b)在一个单一的 象限圆弧过度沉积 （ c）在圆弧过象限过量沉积 （ d）对电弧在一个象限缺乏沉积 图 4 逼近误差和偏差 假设在 4大于一点 我们有 。 在这种情况下，电弧是在一个缺乏或过量沉积策略具有相同的处理方法如上所述的情况下 图 10 误和层厚度 如果当前层厚度不能满足牙尖高度的要求，降低层的厚度进行估计的一种新的周期。在本文中。当前层厚度的 n = 100和价值的 在某一层的厚度估计将被视为在该层的厚度估计过程的下一点的当前层厚度的初始值。 4 基于材料 层厚度的检验 目的验证的材料是检查是否当前层厚度符合要求，材料制造，如果当前没有获得一个新的层厚度值。具体而言，一个随机选择的空间点上的可用区域低的切片平面某一种物质的区域是用来验证当前层的厚度，而这个过程的初始值是由材料的区域的几何形状确定如第 3节所提到的材料属性；如果当前层厚度不符合材料的要求，该层的厚度逐渐减小直至满足要求；得到的层的厚度在这一点上，然后作为下一次验证过程的初始值；这个周 期将持续到一个预先设定的总数 在本文中，验证过程主要集中在功能梯度材料（功能梯度材料）。 要在取向方向接近的材料的体积百分比曲线圆弧的方法不同于使用第 3节中的方法。在材料区域的某些材料的体积百分比可以被视为在取向方向的高度的函数。 ， F（ 把材料的第一优先为例。从某一点上下分层 1， 延长距离当前层的厚度，我们在高度 22一点 料的体积百分比 3点 3的中间点，分别说在高度 23。 结合三体积 百分比， 3，我们可以从点七的距离与当前层厚度沿导向轴构造一个近似圆弧的体积百分比曲线，如图 5所示。 11 （ a） 圆弧是单调的 （ b）圆弧是非单调 图 5 逼近圆弧曲线的材料 让圆弧的中心是（ 如果（ x（ o） 0，圆弧的定义为5A 条相应的单调而相反的是定义为非单调对应图 5b。每种情况都有不同的解决方式。 差 的 分析 一个必要但不充分的条件下，本文提出验证当前层厚度。三 个主要因素，材料变异性的界限，材料分辨率在逼近圆弧的端点的材料的体积百分比，主要考虑。 在图 5， 代表材料的体积百分比， 备可以存放在实践中较低的切平面的层达到一定高度取向轴。在图 5A 的情况下，下面的关系需要进行测试，验证层厚度 代表这个 材料分辨率。 这个方程的一个充要条件。实际上，它可以简化验证层厚度。从式（ 10），我们有 如图 5b，这些变量测试的关系 12 或者 在 同样，我们有 由式表示的条件。（ 11）和（ 13）是必要但不充分的条件下，可方便地应用于验证层的厚度。在这两个方程，考虑三个主要因素。 不满足这些条件，该层的厚度必须逐渐减少执行另一个周期的验证。 5 例 如图所示，有一个自由曲面主要由两个裁剪曲面的 0303协议如下。在正常的方向为 Y 轴相对的斜面（不绘制在图 6）作为一个切割平面相交的表面。 图 6 自由曲面在笛卡尔 坐标系统 13 有两种主要的误差与切削过程一致的表面上的点对点线距误差和误差咬合高度相关的线段相交的曲线逼近。这两个错误分别是 0 三种不同的算法结果的比较见表 中算法的 法 2表示二进制搜索法和分半步的方向； 3代表算法自适应方法，根据中值定理和线性插值相结合的方法旋转角的变化。 从表 1，它是已知的两个算法，算法 2我很难获得更好的结果。 3使用线性插值算法具有更好的综合效果比算法 1和 2。 材料的设置属性附加到了这部分内容如下。 最低层厚度： 大层厚度： 0。 1毫米 材料认证面积密度： 0。 l 料沉积策略：多余的材料类型： 表面的公差： 内部表面的公差： 材料下公差： 0毫米 材料上公差： 料分辨率： 第一优先的成分的材料分布函数 14 其中 R 是远处的一个空间点远离方向轴， Z 是该点坐标分量；符号“ 味着“绝对值”。零件的 型的起源和材料性能的起源是一致的和定向的矢量是（ 0， 1， 0）在这个例子。 一部分连续的层厚度从 z = 15是在表 2中列出的向上的我（我 = 1， 2， .” 10），是第 i 层； 表的几何特征估计层厚度； 表材料为基础的验证如上所述在层的厚度，这是