一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法技术

本发明专利技术涉及一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法，包括以下步骤：S1、获取目标零件的轨迹轮廓模型；S2、将轨迹轮廓模型上下等距分割成多层水平层，且相邻两层水平层的外轮廓轨迹方向相反；S3、自外轮廓轨迹始依次等距向内收缩多级，且面内轨迹方向与该层外轮廓轨迹方向一致；S4、在级与级之间生成级过渡轨迹；S5、工具头运行至初始设定高度Z0的中心位置后运行至下一层水平层的高度位置，生成层过渡轨迹；S6、将外轮廓轨迹、面内轨迹、级过渡轨迹与层过渡轨迹结合，形成方向交替的扩张型轨迹。与现有技术相比，本发明专利技术消除了三层板渐进成形过程中上层辅助板的隆起缺陷和扭曲缺陷，提高了成形件的表面质量、几何精度和成形能力。形能力。形能力。

【技术实现步骤摘要】
一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法


[0001]本专利技术涉及板料渐进成形加工领域，尤其是涉及一种适用于三层板的渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法。

技术介绍

[0002]渐进成形是一种板料柔性加工技术，由于其局部加载和变形量累积的特点，可显著提高板料的成形性。新工艺和新轨迹的开发是渐进成形领域中的研究热点。 Chang等人在文献“Investigations on the Deformation Mechanism of a Novel Three
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sheet Incremental Forming(Journal of Materials Processing Technology,2020, Vol.281:116619)”提出了一种可用于提高零件表面质量和板料成形能力的三层板渐进成形工艺，并指出上层辅助板的未变形区域存在隆起缺陷和侧壁区域存在褶皱缺陷，从而降低上层辅助板的成形特性，无法继续保护中间的目标板材。Malhotra等人在文献“A New Methodology for Multi
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pass Single Point Incremental Forming with Mixed Toolpaths(CIRP Annals
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Manufacturing Technology,2011,Vol.60:323
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326)”提出了一种由内向外、由外向内的组合式加工轨迹，该轨迹有效抑制了多道次渐进成形零件的阶梯式特征，提高了成形件的几何精度。Yang等人在文献“Mechanism of Twist in Incremental Sheet Forming of Thermoplastic Polymer(Materials and Design, 2020,Vol.195:108997)”解释了零件褶皱缺陷实际上是零件扭曲引起的。Matsubara 在文献“A Computer Numerically Controlled Dieless Incremental Forming of a Sheet Metal(Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part B:Journal of Engineering Manufacture,2001,Vol.215:959
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966)”通过实验发现在渐进成形过程中，零件会由于工具头的单向运动而产生扭曲现象，扭曲方向与工具头运动方向一致。 Durante等人在文献“Incremental Forming of Polycarbonate Sheets(Journal of Materials Processing Technology,2018,Vol.253:57
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63)”提出了一种方向交替的螺旋轨迹用于消除零件的扭曲缺陷。
[0003]综上可知，三层板渐进成形工艺中的上层辅助板有利于提高目标板材的成形质量，但是基于零件轮廓的单向层切法轨迹或螺旋线轨迹会导致上层辅助板发生隆起或扭曲缺陷，进而提前产生破裂，而由内向外、由外向内的组合式加工轨迹或交替成形轨迹仍无法消除未变形区域的隆起缺陷。因此，需要开发新型的加工轨迹，用于三层板渐进成形工艺，消除缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法，包括以下步骤：
[0007]S1、根据目标零件的几何模型获取轨迹轮廓模型；
[0008]S2、将轨迹轮廓模型上下等距分割成多层水平层，层间距为Δz，生成目标零件的外轮廓轨迹，且相邻两层水平层的外轮廓轨迹方向相反；
[0009]S3、在每层水平层内，自外轮廓轨迹始依次等距向内收缩多级，级间距为Δl，生成水平层的面内轨迹，且面内轨迹方向与该层外轮廓轨迹方向一致；
[0010]S4、工具头在水平层内由内级向外级运动，在级与级之间生成级过渡轨迹；
[0011]S5、成形当前水平层的面内轨迹后，工具头运行至初始设定高度Z0的中心位置后运行至下一层水平层的高度位置，由此生成层过渡轨迹；
[0012]S6、将外轮廓轨迹、面内轨迹、级过渡轨迹与层过渡轨迹结合，形成方向交替的扩张型轨迹。
[0013]所述的步骤S2中，相邻两层水平层的外轮廓轨迹方向相反，则对应轨迹点的关系为：
[0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020]其中，为第k层水平层中第(n+1)级的第i个轨迹点坐标，为该轨迹点相对于第k层轨迹起点的转角，为第(k+1)层水平层中第(n+1)级的第i个轨迹点，R
k
为第k层的轨迹半径，R
k+1
为第(k+1)层的轨迹半径。
[0021]所述的步骤S3中，第(n+1)级轨迹由从外轮廓轨迹以级间距Δl依次向内收缩n 次得到，n的范围为0到之间的整数。
[0022]对于第k层水平层，其轨迹起点具体为的最内级轨迹与X轴正方向相交的轨迹点。
[0023]所述的步骤S4中，级过渡轨迹为连接相邻的内级轨迹与外级轨迹的直线段，其长度为级间距Δl，方向为由内级轨迹指向外级轨迹，每层水平层内的所有级过渡轨迹首尾相接且均位于X轴上。
[0024]所述的步骤S5中，层过渡轨迹具体由倒U型的三条直线段构成，且相邻两条直线段互相垂直，具体为：
[0025]由当前水平层内最外级轨迹的终点竖直向上运动至初始设定高度Z0处，形成第一条直线段，再水平运行至中心位置，形成第二条直线段，最后竖直向下运动至下一层水平层所在高度处，形成第三条直线段。
[0026]所述的步骤S2中，层间距Δz为0.2～0.6mm。
[0027]所述的步骤S3中，级间距Δl为1～3mm。
[0028]所述的步骤S5中，初始设定高度Z0具体位于第一层水平层所在高度上方 3～5mm处。
[0029]所述的步骤6中，工具头沿最终方向交替的扩张型加工轨迹运行过程具体为：
[0030]工具头由第一层水平层的最内级向最外级逐级运动，在第一层水平层的面内轨迹运行完毕后，沿层过渡轨迹向上抬起至初始设定高度Z0，运动至初始设定高度 Z0的中心位置后，向下运动至第二层水平层高度处，在第二层水平层内，沿反方向进行该层的逐级运动完成第二层水平层的面内轨迹运，后续各层水平层依次循环进行，完成三层板渐进成形加工。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0032]一、本专利技术利用工具头在水平层内由内级向外级运动，消除了三层板渐进成形工艺过程上层辅助板未变形区域的隆起缺陷，提高了上层辅助板的成形能力，进而提高中间目标板材的成形特性与表面质量。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据目标零件的几何模型获取轨迹轮廓模型；S2、将轨迹轮廓模型上下等距分割成多层水平层，层间距为Δz，生成目标零件的外轮廓轨迹，且相邻两层水平层的外轮廓轨迹方向相反；S3、在每层水平层内，自外轮廓轨迹始依次等距向内收缩多级，级间距为Δl，生成水平层的面内轨迹，且面内轨迹方向与该层外轮廓轨迹方向一致；S4、工具头在水平层内由内级向外级运动，在级与级之间生成级过渡轨迹；S5、成形当前水平层的面内轨迹后，工具头运行至初始设定高度Z0的中心位置后运行至下一层水平层的高度位置，由此生成层过渡轨迹；S6、将外轮廓轨迹、面内轨迹、级过渡轨迹与层过渡轨迹结合，形成方向交替的扩张型轨迹。2.根据权利要求1所述的一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法，其特征在于，所述的步骤S2中，相邻两层水平层的外轮廓轨迹方向相反，则对应轨迹点的关系为：为：为：为：为：为：其中，为第k层水平层中第(n+1)级的第i个轨迹点坐标，为该轨迹点相对于第k层轨迹起点的转角，为第(k+1)层水平层中第(n+1)级的第i个轨迹点，R
k
为第k层的轨迹半径，R
k+1
为第(k+1)层的轨迹半径。3.根据权利要求2所述的一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法，其特征在于，所述的步骤S3中，第(n+1)级轨迹由从外轮廓轨迹以级间距Δl依次向内收缩n次得到，n的范围为0到之间的整数。4.根据权利要求2所述的一种渐进成形且方向交替的扩张型加工轨迹生成方法，其特征在于，对于第k层水平层，其轨迹起点具体为的最内级轨迹与X轴正方向相交的轨迹点。5.根据权利要求1所述的一种渐进成形且方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯歌，常志东，杨梅，陈军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：