文档介绍：三维复杂曲面钣金激光切割智能制造关键技术研究
项目总结报告
项目概况
二、项目实施情况
三、项目技术情况
四、合同任务指标完成情况
五、项目绩效分析
六、存在问题、有关建议及下一步研究设想
一、项目概况（包括项目名称、立项时间、项目编号、项目负责人、合作企业、经费情况、主要研究内容等）
项目名称：三维复杂曲面钣金激光切割智能制造关键技术研究
立项时间：2015年07月01日
项目编号：BY2015070-06
项目负责人：幸研
合作企业：江苏亚威机床股份有限公司
经费使用情况：
经费投入
经费支出
来源
投入数
科目
支出数
其中：省拨款支出数
投入合计
20
支出合计
1、省拨款
15
（一）直接费用
2、部门、地方配套
1、设备费
3、承担单位自筹
5
（1）设备购置费
4、其他来源
（2）设备试制费
0
0
（3）设备改造与租赁费
0
0
2、材料费
3、测试化验加工费
4、燃料动力费
0
0
5、差旅费
6、会议费
7、国际合作与交流费
8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费
9、劳务费
10、专家咨询费
0
0
11、其他支出
（二）间接费用
其中：绩效支出
经费结余
，
主要研究内容：
项目研究开发了激光加工质量预测系统、三维激光加工轨迹智能规划系统、激光加工虚拟制造及监控系统，建立了三维激光切割虚拟动态配置系统，系统总体结构如图 1。
图 1 系统总体结构
（1） 基于三维连续元胞自动机方法的激光切割机理及界面演化研究
为准确模拟激光切割的切缝轮廓，提出了基于三维连续元胞自动机的激光切割固/液/气三相三维数值模型，模型系统如图2（a）。该模型综合考虑了切割过程中激光焦点位置、激光束发散、辅助气体压力、氧气与材料反应自燃和熔融液体的流动吹除等复杂影响因素。模型对切缝模拟图如图2。在不同工艺参数条件(激光功率和切割速度)下进行低碳钢板激光切割实验，%，激光功率对切缝宽度影响正相关，如图2（b），切割速度则为负相关。而对于不同厚度钢板进行激光切割模拟，切缝轮廓呈不同锥度，实验结果与模拟误差不超过8%。根据理论模型，搭建激光切割质量预测系统，实现参数输入与轮廓几何尺寸数据输出。结合激光切割智能轨迹优化系统和激光切割虚拟制造仿真系统，实现不同参数和尺寸条件下，可靠的激光切割虚拟制造仿真。
图 2 切缝模拟图
（2） 基于钣金件全三维信息相关的激光切割路径轨迹智能规划研究
三维激光切割是目前激光切割的研究热点和前沿，多采用多轴联动的运动方式，即采用五轴联动激光加工机或激光加工机器人通过调整激光束姿态切割空间曲面或曲线，完成二维切割所无法完成加工的工作，因此，有必要对激光束运动姿态的变化对于激光切割质量的影响进行研究；由于三维激光切割的路径选择和切割过程中存在的干涉情况，会直接影响切割后工件的质量和生产效率，合理的切割路径规划、解决干涉和碰撞问题、引线设置和切割路径的顺序对于提高三维激光切割的尺寸精度，减少工件废料等具有重要作用；同时，由于存在激光光斑半径，使得图形尺寸与工艺标准尺寸间多一个光斑半径误差，需要对此进行误差补偿，提高三维激光切割工件的精度。
（3） 多平台激光切割虚拟制造及监控系统的研究
三维复杂曲面钣金件的激光切割过程是极其快速和复杂的，不仅要考虑加工路径的优化，还要考虑加工过程中的各种工艺问题（过烧、挂渣、碰撞等）。本系统研究了基于多平台（龙门式五轴机床平台，立式六轴机器人平台，倒置式六轴机器人龙门平台）激光切割虚拟制造系统开发，主要是将三维曲面激光切割智能优化系统中得到的刀位点数据进行仿真验证。对不同切割平台进行运动学正逆解后，在检验刀位点数据可靠性的同时结合激光加工质量预测系统提供的对应工艺参数下的切割截面参数模拟仿真出激光切割的过程。根据仿真过程中出现的问题可以作出