本发明专利技术公开了一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法及系统，包括：构造零件的隐式水平集函数模型、标示分工序加工区域的水平集子函数、增材头和刀具的参数化隐式水平集函数模型；构造工序规划优化问题模型，以最小化零件分割界面面积为目标函数，以加工完整性、增材头可达性、切削刀具可达性为约束条件；求解工序规划优化问题的目标函数和各约束条件的敏感度信息，进而获得标示分工序加工区域的水平集子函数的演化速度场；更新标示分工序加工区域的水平集子函数，并进行工序合并的判断与操作，进而实现增减交替工序的演化及合并更新；检查收敛条件，以符合收敛条件的最优解为所获得的增减交替加工序列。优解为所获得的增减交替加工序列。优解为所获得的增减交替加工序列。
【技术实现步骤摘要】
面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法及系统
[0001]本专利技术涉及一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法及系统，属于增减材复合制造领域。
技术介绍
[0002]增减材复合制造技术(Additive/Subtractive Hybrid Manufacturing)是基于增材制造技术和CNC减材制造技术提出的一种先进复合制造技术。由于增减材复合制造技术融合了增材与减材制造工艺，故而该技术兼顾增材与减材制造工艺的优点，一次装夹可实现多特征、多形面的增减一体化制造，能够直接获得结构复杂、形状精度和表面质量高的机械零件，在航空航天、核能、石油、生物医药等国民经济重要领域有广阔的应用前景。
[0003]目前，增减材复合制造增减交替工序规划方法的发展不足是制约增减材复合制造技术发展的重要瓶颈问题。现有的增减交替工序规划方法自动化程度低，如主流的NX Hybrid Additive Manufacturing Software为增或减提供了有力的工艺规划能力，但零件的分割和增减交替工序的排列依赖于使用者的手动操作，极大地制约了增减材工艺的复杂件加工能力。因此研发一种增减材复合制造增减交替工序的自动规划方法具有重要意义。
[0004]目前，关于增减材复合制造增减交替工序规划的方法以基于2.5D特征的零部件为对象，对其进行增减特征的识别与分解，然后以时间或成本为目标进行增减交替加工顺序的排列。上述方法应用对象几何构形简单，特征识别与分解等关键步骤需要大量人工介入，自动化程度低。因此，增减交替工序的自动规划是发展增减材复合制造技术所面临的核心问题。
技术实现思路
[0005]针对现有工序规划方法存在的问题，本专利技术提供一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法、系统，能够为具有任意拓扑形体的复杂结构零件提供可行的增减交替工序规划方案。
[0006]为实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提出了一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法，包括以下步骤：
[0008]建立目标零件的隐式水平集函数模型，在所述模型内部构造标示分工序加工区域的若干有序水平集子函数；建立增材头和刀具的参数化隐式水平集函数模型；
[0009]构造工序规划优化问题模型，以最小化零件分割界面面积为目标函数，以加工完整性、增材头可达性、切削刀具可达性为约束条件；
[0010]求解所述目标函数和各约束条件的敏感度信息，进而获得标示分工序加工区域的水平集子函数的演化速度场；
[0011]基于演化速度场，更新标示分工序加工区域的水平集子函数，并进行工序合并的判断与操作，进而实现增减交替工序的演化及合并更新；
[0012]检查收敛条件，以符合收敛条件的最优解为所获得的增减交替加工序列。
[0013]第二方面，本专利技术还提出了一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划系统，包括以下步骤：
[0014]第一模块，被配置为构造零件的隐式水平集函数模型、标示分工序加工区域的水平集子函数、增材头、刀具的参数化隐式水平集函数模型；
[0015]第二模块，被配置为构造工序规划优化问题模型，以最小化零件分割界面面积为目标函数，以加工完整性、增材头可达性、切削刀具可达性为约束条件；
[0016]第三模块，被配置为求解工序规划优化问题的目标函数和各约束条件的敏感度信息，进而获得标示分工序加工区域的水平集子函数的演化速度场；
[0017]第四模块，被配置为更新标示分工序加工区域的水平集子函数，并进行工序合并的判断与操作，进而实现增减交替工序的演化及合并更新；
[0018]第五模块，被配置为检查收敛条件，以符合收敛条件的最优解为所获得的增减交替加工序列。
[0019]上述方法或者系统中，水平集函数满足符号距离场特性，其中，正值标示零件内部或增材加工区域内部，负值标示零件外部或增材加工区域外部，0值表示零件或所划分增材区域的边界，通过工序规划优化问题的敏感度信息控制代表不同增材区域的水平集子函数的演化，保证这些分工序增材加工区域间不存在交集，同时各增材工序加工区域的并集可填满目标零件的完整材料域，且满足各加工区域分割界面面积最小，从而最终得到最优的增减交替加工序列。
[0020]如上所述的一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法或者系统，增减交替工序自动规划问题的前处理，包括以下内容：
[0021]对任意零件进行体素化处理，然后基于材料分布，构造符号距离场函数，建立目标零件的隐式水平集函数模型；
[0022]在目标零件材料域内，建立若干有序的水平集子函数，每一个子函数对应于一个增材制造分工序的材料加工区域；
[0023]建立增材头和切削刀具的参数化隐式水平集函数模型。
[0024]如上所述的一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法或者系统，以所划分的增材工序加工区域间边界面积最小为优化目标，设置加工完整性约束、增材头可达性约束、切削刀具可达性约束，建立所述的目标函数和约束条件。
[0025]如上所述的一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法或者系统，所述求解工序规划优化问题的目标函数和各约束条件的敏感度信息，进而获得标示分工序加工区域的水平集子函数的演化速度场，主要包括以下内容：
[0026]运用拉格朗日乘子法，将目标函数和约束条件构造为拉格朗日函数；
[0027]对拉格朗日函数推导得到敏度方程；
[0028]根据拉格朗日函数的最速下降原则，获得零值水平集轮廓的演化速度场，确保拉格朗日函数的严格下降趋势。
[0029]如上所述的一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法或者系统，所述更新标示分工序加工区域的水平集子函数，并进行工序合并的判断与操作，主要包括以下内容：
[0030]基于前述获得的速度场，求解哈密顿—雅可比方程以更新所述的各水平集子函数；
[0031]调入合并机制，检查合并条件，决策各水平集子函数之间是否可合并，从而减少水平集子函数的数量。
[0032]第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法。
[0033]第四方面，本专利技术还提供了一种电子终端，包括：处理器及存储器；
[0034]所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述的面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法。
[0035]上述本专利技术的有益效果如下：
[0036]1)本专利技术利用水平集方法的隐式几何建模与界面演化能力，完成零件几何形体和分割方案的隐式几何建模思路，弥补了现有工序规划方法以显示几何模型为基础、在零件识别及分割方案的拓扑自由度上的不足。
[0037]2)本专利技术利用水平集方法，以工序规划问题敏度信息驱动的隐式界面演化为核本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：建立目标零件的隐式水平集函数模型，在所述模型内部构造标示分工序加工区域的若干有序水平集子函数；建立增材头和刀具的参数化隐式水平集函数模型；构造工序规划优化问题模型，以最小化零件分割界面面积为目标函数，以加工完整性、增材头可达性、切削刀具可达性为约束条件；求解所述目标函数和各约束条件的敏感度信息，进而获得标示分工序加工区域的水平集子函数的演化速度场；基于演化速度场，更新标示分工序加工区域的水平集子函数，并进行工序合并的判断与操作，进而实现增减交替工序的演化及合并更新；检查收敛条件，以符合收敛条件的最优解为所获得的增减交替加工序列。2.如权利要求1所述的面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法，其特征在于，所述隐式水平集函数满足符号距离场特性，其中，正值标示零件内部或增材加工区域内部，负值标示零件外部或增材加工区域外部，0值表示零件或所划分增材区域的边界。3.如权利要求1所述的面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法，其特征在于，对任意零件进行体素化处理，然后基于材料分布，构造符号距离场函数，建立目标零件的隐式水平集函数模型；在目标零件内部区域，建立若干有序的水平集子函数，每一个子函数对应于一个增材制造分工序的材料加工区域；建立增材头和切削刀具的参数化隐式水平集函数模型。4.如权利要求1所述的面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法，其特征在于，以所划分的增材工序加工区域相交边界面积最小为优化目标，设置加工完整性约束、增材头可达性约束、切削刀具可达性约束，建立所述的目标函数和约束条件。5.如权利要求1所述的面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法，其特征在于，所述演化速度场的获得方式如下：运用拉格朗日乘子法，将目标函数和约束条件构造为拉格朗日函数；对拉格朗日函数推导得到敏度方程；根据拉格朗日函数的最速下降原则，获得零值水平集轮廓的演化速度场，确保拉格朗日函数的严格下降...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘继凯，颜静静，黄嘉奇，邹斌，李磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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