一种五轴增材几何仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种五轴增材几何仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：建立微观长方体增长模型；步骤(2)：根据增材轨迹特点优化微观长方体增长模型；步骤(3)：获取CAM软件中的增材加工轨迹，解析增材加工轨迹文件，获取刀位点信息；步骤(4)：刀位点之间进行插值，计算五轴增材扫掠体模型；步骤(5)：将增材扫掠体模型转换为Tri‑dexel模型；步骤(6)：将步骤(5)中的增材扫掠体模型通过三角面片显示；本发明专利技术能够实现增材制造几何仿真，能够完成五轴复杂轨迹的增材仿真过程，能够生成增材成型模型，且生成的增材成形模型可以作为减材加工的输入模型。

【技术实现步骤摘要】
一种五轴增材几何仿真方法
本专利技术属于增材加工
，更具体地，涉及一种基于微观长方体增长模型的五轴增材几何仿真方法。
技术介绍
增材加工制造技术是基于离散-堆积原理，通过材料累加的方法制造实体零件的技术。根据所使用的增材材质不同，主要分为两大类：塑料，金属；陶瓷，石膏等也可作为增材加工原材料；现在主要增材技术有熔融沉积型(FDM)、直接金属激光烧结(DMLS)、激光工程化净成形(LENS)，激光选择性烧结(SLS)，立体光刻(SLA)。相对于发展较早的减材制造技术，增材加工制造技术缺乏成熟的计算机辅助制造(CAM)仿真软件；在减材制造方面，成熟的CAM软件如西门子NX，CATIA提供复杂五轴轨迹仿真功能，模拟加工中材料去除过程，并能检测轨迹加工缺陷如过切、欠切，针对检测出的缺陷进行轨迹优化，提高加工质量。目前在增材加工制造方面，欠缺对复杂轨迹仿真的方法，难以实现增材加工过程中材料逐渐增加过程，不能实现如同减材仿真所具有的功能，制约了增材技术的发展。在增材过程仿真方面，已有的研究是采用Tri-dexel模型，将工件模型沿x，y，z三个方向分解获得Tri-dexel模型，使用长方体体素，通过Y方向体素的合并，将Tri-dexel模型转化为用大体素表示的单向Dexel模型，再提取三角面片进行显示。此方法实现了平面三轴快速原型过程仿真，但还未能解决复杂的五轴增材轨迹仿真问题。五轴轨迹运动包括平移，旋转和平移加旋转三种运动，其中平移加旋转运动为主要运动，五轴增材过程仿真的难点在于五轴增材轨迹中刀轴方向不固定，轨迹变化复杂，增材模型计算困难，由于旋转导致刀轴不再固定沿Z轴方向，微观增长模型的求交计算困难，导致五轴增材仿真算法设计难度大。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术要解决的技术问题是提供一种通过建立微观长方体增长模型，分解五轴增材加工轨迹，采用布尔运算，利用Tri-dexel模型，计算增材成形模型，再通过三角面片显示增材成形模型，以实现五轴增材过程仿真的五轴增材仿真方法。本专利技术的五轴增材几何仿真方法，包括以下步骤：步骤(1)：建立微观长方体增长模型；步骤(2)：根据增材轨迹特点优化微观长方体增长模型；步骤(3)：获取CAM软件中的增材加工轨迹，解析增材加工轨迹文件，获取刀位点信息；步骤(4)：刀位点之间进行插值，计算五轴增材扫掠体模型；步骤(5)：将增材扫掠体模型转换为Tri-dexel模型；步骤(6)：将步骤(5)中的Tri-dexel模型通过三角面片显示。本专利技术的五轴增材几何仿真方法，其中，所述步骤(1)具体为：根据增材加工成形过程，建立微观长方体增长模型，激光光斑直径D即为长方体宽W，两插值点之间的距离为长方体长L，解析的层厚为长方体的高H。本专利技术的五轴增材几何仿真方法，其中，所述步骤(2)具体为：针对步骤(1)中建立的微观长方体增长模型，优化微观长方体增长模型，即将微观长方体增长模型的末端优化为半圆形状。本专利技术的五轴增材几何仿真方法，其中，所述步骤(3)具体为：在CAM软件中，解析输入的五轴增材加工轨迹，提取五轴轨迹的刀位点和刀轴矢量，得到有序的路径点序列P1，P2，…，Pn，点的总数为n，n为正整数。本专利技术的五轴增材几何仿真方法，其中，所述步骤(4)具体为：对步骤(3)中获取的刀位点和刀轴矢量根据时间进行线性差值，获得中间差值I1，I2，…，It，t为正整数，根据步骤(2)中获得的优化后的微观长方体增长模型，获得微观长方体增长模型的宽W，长L，高H，生成扫掠体。本专利技术的五轴增材几何仿真方法，其中，所述步骤(5)具体为：利用步骤(4)中计算得到的增材扫掠体，计算扫掠体的矩形包容盒，根据包容盒在坐标系中的投影范围规划扫描线，根据刀具的刀轴矢量建立局部坐标系，建立局部坐标系与加工坐标系之间的转换关系，在局部坐标系中，根据矩形包容盒将增材扫掠体沿X，Y，Z三个方向离散，增材扫掠体分解为上下，左右侧平面，开始和终止圆柱面，与X,Y，Z三个方向上的扫描线求交，获得增材扫掠体的Tri-dexel模型，并与之前生成的优化后的微观长方体增长模型求和。本专利技术的五轴增材几何仿真方法，其中，所述步骤(6)具体为：根据步骤(5)中获得的Tri-dexel模型，将Tri-dexel模型转化为Voxel模型，再使用MarchingCube算法提取三角面片模型，通过三角面片显示增材成形模型。本专利技术有益效果：本专利技术能够实现增材制造几何仿真，能够完成五轴复杂轨迹的增材仿真过程，能够生成增材成型模型，且生成的增材成形模型可以作为减材加工的输入模型。附图说明为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。图1为本专利技术建立的微观长方体增长模型；图2为本专利技术微观长方体增长模型优化前的示意图；图3为本专利技术微观长方体增长模型优化后的示意图；图4为本专利技术优化后的微观长方体增长模型的增材扫掠体模型；图5为本专利技术中扫描线与斜圆柱面求交图；图6为本专利技术的流程图；图7为本专利技术中根据差值点计算增材扫掠体示意图；图8为本专利技术增材布尔运算的示意图；图9为本专利技术实施例一输入的五轴增材轨迹图；图10为本专利技术实施例一计算得到的Tri-dexel线框模型图；图11为本专利技术实施例一仿真生成的增材成形模型图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1-11所示，为了能够实现五轴增材过程仿真，本专利技术提供了一种五轴增材几何仿真方法，包括以下步骤：步骤(1)：建立微观长方体增长模型；步骤(2)：根据增材轨迹特点优化微观长方体增长模型；步骤(3)：获取CAM软件中的增材加工轨迹，解析增材加工轨迹文件，获取刀位点信息；其中增材加工轨迹文件采用APT格式，APT是一种自动编程语言；在CAM软件NX中称为CLSF(刀位数据文件)；步骤(4)：刀位点之间进行插值，计算五轴增材扫掠体模型；步骤(5)：将增材扫掠体模型转换为Tri-dexel模型；步骤(6)：将步骤(5)中的Tri-dexel模型通过三角面片显示。所述步骤(1)具体为：根据增材加工成形过程，建立微观长方体增长模型，激光光斑直径D即为长方体宽W，两插值点之间的距离为长方体长L，解析的层厚为长方体的高H。所述步骤(2)具体为：针对步骤(1)中建立的微观长方体增长模型，优化微观长方体增长模型，即将微观长方体增长模型的末端优化为半圆形状。所述步骤(3)具体为：在CAM软件中，解析输入的五轴增材加工轨迹，提取五轴轨迹的刀位点和刀轴矢量，得到有序的路径点序列P1，P2，…，Pn，点的总数为n，n为正整数。所述步骤(4)具体为：对步骤(3)中获取的刀位点和刀轴矢量根据时间进行线性差值，获得中间差值I1，I2，…，It，t为正整数，根据步骤(2)中获得的优化后的微观长方体增长模型，获得微观长方体增长模型的宽W，长L，高H，生成扫掠体。所述步骤(5)具体为：利用步骤(4)中计算得到的增材扫掠体，计算扫掠体的矩形包容盒，根据包容盒在坐标系中的投影范围规划扫描线，根据刀具的刀轴矢量建立局部坐标系，建立局部坐标系与加工坐标系之间的转换关系，在局部坐标系中，根据矩形包容盒将增材扫掠体沿X本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五轴增材几何仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：建立微观长方体增长模型；步骤(2)：根据增材轨迹特点优化微观长方体增长模型；步骤(3)：获取CAM软件中的增材加工轨迹，解析增材加工轨迹文件，获取刀位点信息；步骤(4)：刀位点之间进行插值，计算五轴增材扫掠体模型；步骤(5)：将增材扫掠体模型转换为Tri‑dexel模型；步骤(6)：将步骤(5)中的Tri‑dexel模型通过三角面片显示。

【技术特征摘要】
1.一种五轴增材几何仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：建立微观长方体增长模型；步骤(2)：根据增材轨迹特点优化微观长方体增长模型；步骤(3)：获取CAM软件中的增材加工轨迹，解析增材加工轨迹文件，获取刀位点信息；步骤(4)：刀位点之间进行插值，计算五轴增材扫掠体模型；步骤(5)：将增材扫掠体模型转换为Tri-dexel模型；步骤(6)：将步骤(5)中的Tri-dexel模型通过三角面片显示。2.根据权利要求1所述的五轴增材几何仿真方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：根据增材加工成形过程，建立微观长方体增长模型，激光光斑直径D即为长方体宽W，两插值点之间的距离为长方体长L，解析的层厚为长方体的高H。3.根据权利要求1所述的五轴增材几何仿真方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为：针对步骤(1)中建立的微观长方体增长模型，优化微观长方体增长模型，即将微观长方体增长模型的末端优化为半圆形状。4.根据权利要求1所述的五轴增材几何仿真方法，其特征在于：所述步骤(3)具体为：在CAM软件中，解析输入的五轴增材加工轨迹，提取五轴轨迹的刀位点和刀轴矢量，得到有序的路径点序列P1，P2，…，Pn，点的总数为n，n为正整数。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：颜昌亚，曾雄志，吴蜀魏，李振瀚，张立先，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42