附錄A：科研項目（課題）申報書模板科技項目（課題）申報書計劃類屬： 項目（課題）名稱：多軸數控漸進成形軌跡生成與干涉檢查研究申報單位：（蓋章）郵政編碼：333001 電話號碼： 通訊地址：景德鎮市東郊新廠 省科學技術委員會二00年月日說明一、填寫本科技項目（課題）申報書時請用鋼筆，字跡端正，不得潦草。凡填寫馬虎，內容難以辨認的將不予受理。二、計劃類屬分為：重點科技計劃，省直廳（局）計劃，星火計劃，火炬計劃。由省科委有關項目管理人員填寫。三、科技目標系指項目（課題）實施中要達到或取得的中間成果，最終成果等。一、國內外與本項目有關的科學技術現狀和發展趨勢（包括計算機檢索情況）：數控技術和數控機床的誕生開創了控制和生產領域的新時代,給機械制造業帶來了一次新的技術革命,目前數控機床發展狀況已影響到一個國家機床生產的國際競爭力。多軸聯動數控機床特別是五軸及五軸以上聯動數控機床是實現大型與異型復雜零件的高效高質量加工的重要手段,代表著一個國家機械制造業數控技術發展的最高水平。隨著國民經濟的增長和現代工業的快速發展，金屬板材件需求量大增，尤其是在汽車、航空航天、船舶等制造行業中，不僅金屬板材件占其所有零件比重較大而且板材的成形度越來越復雜，以及產品更新換代速度加快迫使企業不得不考慮怎樣才能快速適應市場變化。由于傳統的金屬板材成形一般利用模具沖壓成形，其模具設計制造時間長、費用高、不易修改等缺點，很難適應小批量多品種及個性化生產的需要。隨著計算機技術的發展，數字化柔性板材成形已經成為現代板材成形技術的重要發展方向，其中最典型代表就是金屬板材數控漸進成形。金屬板材數控漸進技術因其加工原理簡單，成形極限較傳統板材加工方法高等優點，很多學者均嘗試使用現有的加工方式、加工原理對板材的漸進成形技術進行研究。到目前為止，成形原理以及成形效果的研究大多數采用三軸數控漸進成形設備進行試驗。然而，隨著加工復雜度的逐漸提升，三軸漸進成形設備已經漸漸不能滿足對非常復雜鈑金零件的加工要求，因此針對多軸多自由度漸進成形技術的研究與探索逐漸展開。目前，日本、韓國、德國、意大利、加拿大、英國等國家的學者已對板料漸進成形技術及其應用開展了大量的研究工作，而國內雖然對這種新興的加工技術研究起步較晚，但也取得了大量的研究成果。在多軸數控成型軌跡生成及干涉檢查的研究中，干涉檢測與修正技術是五軸數控系統中對軌跡規劃時必不可少的一個環節，該技術的研究在二十多年前便已展開，許多學者針對不同領域或不同的多自由度加工設備提出了許多干涉檢測方法以及相應的修正技術。目前該技術已被廣泛運用于虛擬場、游戲、CAM加工等領域。經過對諸多檢測方法與修正算法的研究和總結，本文根據在干涉判斷中所使用的元素不同，將干涉判斷的方法分為體素法與數據結構法兩類。在干涉檢測過程中，算法以零件參數化數據模型或近似化數據模型的體素（點、線、面、包圍盒及參數方程等）為基礎，計算若干體素間是否存在有相交區域來判斷兩模型是否發生干涉。本文根據五軸數控漸進成形的成形原理，分析擠壓工具與板材之間的相對運動關系，針對各種復雜多峰STL模型，規劃出合理的走刀路徑，使用加入索引思想的線性八叉樹對干涉進行檢測，并在此基礎上，根據干涉點在三維圓柱體擠壓工具的不同位置對干涉進行修正，節省了八叉樹遞歸查找時所花費的時間，該方法可進一步提升檢測的速度，提高檢測的質量。[1]楊曉光.五軸數控漸進成形軌跡生成與干涉檢查研究[D].沈陽航空航天大學,2013.[2]粟時平.多軸數控機床精度建模與誤差補償方法研究[D].中國人民解放軍國防科學技術大學,2002.[3]周六如.金屬板料數控漸進成形機理及工藝的研究[D].華中科技大學,2004.[4]毛鋒.金屬板材數控漸進成形關鍵技術研究[D].華中科技大學,2005.[5]李楠.板材五軸數控漸進成形軌跡生成研究[D].沈陽航空航天大學,2012.[6]朱虎,楊曉光.五軸數控漸進成形干涉檢測與修正研究[J].機械工程學報,2014,07:168-175.[7]李向佳.口腔修復體多軸數控銑削刀軌生成關鍵技術研究[D].南京航空航天大學,2013.[8]朱虎,鞠晉,張偉.面向數控漸進成形鼓包問題的成形軌跡生成與規劃[J/OL].鍛壓技術,2015(05).[9]朱虎,井學勇,楊曉光.數控漸進成形與激光切割集成的板材件加工軌跡生成[J/OL].計算機集成制造系統,2016(09)[10]程耀楠,安碩,張悅,李海超.航空發動機復雜曲面零件數控加工刀具軌跡規劃研究分析[J].哈爾濱理工大學學報,2013,05:30-36.[11]莊云良.基于PCI運動控制卡的五軸板料漸進成形數控系統的研究與開發[D].南京航空航天大學,2012.[12]王智杰.航空葉片多軸數控加工刀具軌跡生成算法研究[D].西安工業大學,2014.[13]章泳健,潘毅,陸建剛,姚志強.面向多軸加工的汽輪機葉片型面建模技術研究[J].汽輪機技術,2009,05:398-400+368.[14]莫健華,葉春生,黃樹槐,陳正迪,易振明.金屬板料數控漸進成形技術[J].航造技術,2002,12:25-27.[15]章永年.五軸數控加工中無碰刀具軌跡生成算法的研究[D].南京航空航天大學,2012.研究內容、方法和技術路線（包括工藝流程）：1、研究內容本文綜合考慮數控漸進成形的加工過程，研究一種能夠適用于復雜多峰STL模型的軌跡生成方法，并利用所生成的軌跡對模型進行干涉檢測，并根據發生干涉的情況研究出適用于三維圓柱體擠壓工具的修正方法。具體的研究內容有：（1）研究五軸數控漸進成形中針對復雜多峰模型的軌跡生成方法。（2）研究五軸數控漸進成形中擠壓工具與成形零件的干涉檢測與修正方法。（3）五軸數控漸進成形仿真研究（4）利用本文提出的算法開發出相應的軟件。2、研究方法利用學校的網絡資源，對有關于課題的期刊，論文等資料進行收集，最后歸納總結出最合理的研究方法?？紤]到數控成型的復雜程度，我們首先考慮到多軸數控漸進成形出現的各種問題，研究出一種適應于復雜多峰STL模型的軌跡生成方法，然后利用生成的軌跡對模型進行干涉檢測。最后根據研究出來的結果找到合理的修正方法。3、研究的技術路線如圖所示：三、本項目的創新點與其國內外知識產權狀況分析本項目的創新點：1.利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫開發了基于復雜多峰STL模型的軌跡規劃軌跡生成軟件，實現了諸多閉環間的關系確定，并根據多峰模型某一平面上所生成的諸多刀位點閉環進行了合理的排序。2.利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫實現了擠壓工具不同位姿的合理定位，通過對擠壓角度、擠壓方向和擠壓方向向量的定義，明確了擠壓工具的定位原則，并通過計算機圖形學中的相關旋轉及平移矩陣在軟件中對擠壓工具進行了合理的定位。3.利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫實現了多峰復雜模型干涉的檢測以及相應的干涉修正。國內外知識產權狀況分析：本課題儀器設備裝置由自己設計和開發，具有完全自主知識產權。四、目的意義和風險分析（研究成果對我省科技經濟和社會發展的作用；涉及的技術關鍵及難點分析）目的意義：金屬板材數控漸進成形技術是最近發展起來的一種可以從CAD模型經濟快速地制造出板材件的柔性無模成形技術。由于該技術的生產周期短、生產成本低等優點，很適合產品試制、研發及小批量多品種、個性化生產需求，所以該技術在航空航天、船舶、汽車等行業有著廣泛應用前景。本文開展的板材五軸數控漸進成形軌跡生成研究對于提高板材成形精度和質量，以及板材五軸數控漸進成形技術推廣具有重要的現實意義。技術關鍵和難點分析：1.在STL模型頂點等距偏置精度的提高過程中，雖然該方法比其他頂點偏置方法具有更高的精度，但是通過對三角面片增加重心進行曲面細分來實現的它需要的計算時間更長，所以怎樣能使在提高偏置精度的同時也讓計算時間變得更短是近一步需要研究的。2.在板材五軸數控漸進成形進行模擬仿真過程中，只是讓擠壓工具垂直于板材表面沒有考慮擠壓工具的可傾斜范圍和刀軸干涉因素影響擠壓工具方向的選擇，所以下一步還要考慮五軸數控漸進成形中擠壓工具的可傾斜范圍和干涉問題。五、科技目標和技術、經濟指標（階段目標按年月寫）（一）階段目標：1、2016年1月，進行調研和資料收集；2、2016年3月，利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫開發了基于復雜多峰STL模型的軌跡規劃軌跡生成軟件。3、2016年5月，利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫實現了擠壓工具不同位姿的合理定位，通過對擠壓角度、擠壓方向和擠壓方向向量的定義，明確了擠壓工具的定位原則，并通過計算機圖形學中的相關旋轉及平移矩陣在軟件中對擠壓工具進行了合理的定位。4、2016年9月，利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫實現了多峰復雜模型干涉的檢測以及相應的干涉修正。5、2017年1月，利用VC++和OpenGL圖形庫對仿真平臺進行了編程建立，該仿真平臺能夠依據所規劃后的軌跡和擠壓工具修正后的位姿對金屬板材數控漸進成形過程進行了實時仿真，當仿真結束后可以將此時經過合理規劃后的擠壓工具路徑生成相應NC代碼。（二）最終目標：針對五軸金屬板材數控漸進成形軌跡規劃、干涉檢測與修正以及仿真所存在的諸多問題，提出了基于復雜多峰STL模型的軌跡排序以及相應的軌跡規劃算法，對擠壓工具擠壓角、擠壓向量進行了定義并研究了擠壓工具模型在程序中的定位問題，研究了在復雜多峰STL模型下的干涉檢測方法，最后根據干涉發生的準確位置對擠壓工具的位姿進行適當的修正調整。（三）技術經濟指標：在五軸數控漸進成形技術中對軌跡規劃問題的研究較多，但對五軸設備以及多峰復雜模型的軌跡規劃排序問題的相關研究較少且不是很完善，都相應地存在一些問題。在干涉的檢測方面，許多學者也針對不同的模型格式研究了不同的檢測與修正的方法，但大多算法在判斷速度、占用內存量以及實現的復雜度之間進行衡量，都存在這樣或那樣的不足。本課題針對五軸金屬板材數控漸進成形軌跡規劃、干涉檢測與修正以及仿真所存在的諸多問題，提出了基于復雜多峰STL模型的軌跡排序以及相應的軌跡規劃算法，對擠壓工具擠壓角、擠壓向量進行了定義并研究了擠壓工具模型在程序中的定位問題，研究了在復雜多峰STL模型下的干涉檢測方法，最后根據干涉發生的準確位置對擠壓工具的位姿進行適當的修正調整。六、計劃進度（按年月詳細填寫）：起止年月計劃要求2016年1月2016年3月2016年5月2016年9月2017年1月進行調研和資料收集。利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫開發了基于復雜多峰STL模型的軌跡規劃軌跡生成軟件。利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫實現了擠壓工具不同位姿的合理定位，通過對擠壓角度、擠壓方向和擠壓方向向量的定義，明確了擠壓工具的定位原則，并通過計算機圖形學中的相關旋轉及平移矩陣在軟件中對擠壓工具進行了合理的定位。利用相關的編程軟件以及圖形處理數據庫實現了多峰復雜模型干涉的檢測以及相應的干涉修正。利用VC++和OpenGL圖形庫對仿真平臺進行了編程建立，該仿真平臺能夠依據所規劃后的軌跡和擠壓工具修正后的位姿對金屬板材數控漸進成形過程進行了實時仿真，當仿真結束后可以將此時經過合理規劃后的擠壓工具路徑生成相應NC代碼。七、現有人才、技術、物質基礎條件（包括本課題做過哪些前期工作），現有儀器設備、水電、燃料、材料、環保等條件：本課題由材料成形及控制工程系學生獨立完成，學校有研究條件較齊備的實驗室，課題組成員都在各自相關的領域內有杰出表現，技術全面，從事多軸數控漸進成形與軌跡生成與干涉檢查研究的經驗豐富。我院的材料成形及控制工程系長期開展多軸數控漸進成形與軌跡生成與干涉檢查研究等多方面的教學和科學技術研究，實驗室可提供各種實驗設備，并可為本項目研究提供各種試驗條件。學院圖書館可提供多種中外文獻數據庫的文獻檢索，包括springer、WorldSciNet、EBSCOhost等外文數據庫和中國期刊全文數據、萬方數據庫等，為本課題的順利開展與完成提供了良好的條件。因此，本課題組完全有能力承擔并完成好本項目。八、經費預算：（一）經費的構成：合計撥款科技發展基金貸款自籌82（二）經費年度計劃：2016年2017年53（三）撥款分項計劃：分項內容經費額（萬元）備注1、設備、儀器購置費2.5購置STL模型的軌跡規劃軌跡生成軟件2、材料樣品費3.0含加工、制作費3、試驗費1.5含檢測費用4、資料費0.65、調研費0.86、鑒定費0.87、其他費用0.88、合計10九、項目（課題）的承擔單位，協作單位及主要研究人員：承擔單位：景德鎮陶瓷學院協作單位：項目（課題）負責人：雒守濤姓名雒守濤男23學士