基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法，包括：获取待加工零件的三维模型；获取待加工零件的增材加工参数和加工原料，得到原料的最大自支撑角；确定加工成形方向，三维模型中面片的法向量与加工成形方向的夹角大于最大自支撑角的面片为挂流面；在挂流面上生成多个采样点，以采样点为起点引出生长方向向量，其与主体结构的交点为支撑终点，连接采样点和支撑终点，生成一端连接主体结构

【技术实现步骤摘要】
基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法


[0001]本专利技术涉及增减材复合制造领域，尤其涉及一种基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法
。

技术介绍

[0002]增减材复合制造技术是一种结合增材制造和减材制造的先进制造方法
。
它将增材制造和减材制造两种技术相互补充，以实现更高效
、
更灵活的生产流程
。
增材制造工艺是一种通过逐层添加材料来制造三维实体的加工工艺，通常通过计算机辅助设计软件将三维模型转化为切片形式，运用不同金属粉末等材料，通过增材设备将材料逐层添加到指定位置，最终组成三维实体
。
激光立体成形技术是目前主流的金属增材制造工艺，具有成形精度高
、
材料利用率高
、
加工效率高等优势，适用于加工发动机
、
叶轮
、
液压冷却回路等具有复杂空间结构的零件
。
[0003]减材制造工艺是指使用传统的加工方法如铣削
、
车削
、
钻孔和砂轮磨削等，对增材制造的部分进行加工和整形，以去除材料
、
修整表面
、
加工孔洞和实现最终形状
。
减材制造的优势在于可以获得更高的表面质量
、
尺寸精度和精细加工细节
。
[0004]在增材制造工艺中，对于某些具有悬空结构的零件，如部分轴管类零件，由于增材过程中受到重力的影响，会出现挂流现象，导致零件变形或失真，影响后续减材加工，对成品的质量和精度产生严重影响
。
为了解决这个问题，需要对零件额外添加支撑结构，以稳定零件的形状
、
保证零件精度
。
目前已经存在一些手动支撑方法，但这种方法需要消耗大量的人力和时间，成本增加且难以控制支撑的质量；即使有自动添加支撑的方法，所添加的支撑往往占用了大量加工面积，增加了后续减材加工的工作量，甚至会损坏零件表面
、
加剧刀具的磨损
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法
。
[0006]具体技术方案如下：
[0007]一种基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法，包括以下步骤：
[0008]S1
：获取待加工零件的三维
STL
模型文件，所述三维模型由多个面片组成；
[0009]S2
：获取待加工零件的增材加工参数和加工原料，从而确定原料的最大自支撑角；
[0010]S3
：根据所述三维模型的具体结构确定加工成形方向；通过法向量判断法判断所述三维模型中各面片的法向量与加工成形方向的夹角是否大于所述最大自支撑角，若是，则该面片为挂流面；在所述挂流面上生成多个采样点，以采样点为起点引出支撑的生长方向向量，所述生长方向向量与加工成形方向的夹角小于等于所述最大自支撑角，所述生长方向向量与零件的主体结构的交点为支撑终点，连接采样点和支撑终点，生成一端连接零件的主体结构，另一端连接挂流面的支撑结构；
[0011]S4
：将具有支撑结构的零件三维模型导入增减材加工设备，生成零件
。
[0012]进一步地，所述
S1
中，选用的三维建模软件为
SolidWorks、UG、Blender
中的任意一种，生成
STL
格式的模型文件
。
[0013]进一步地，所述
S2
中，加工原料选用钛镍合金，其最大自支撑角为
40
°
。
[0014]进一步地，所述
S3
中，所述加工成形方向的确定原则为加工时间短
、
挂流面少
、
加工难度低
。
[0015]进一步地，所述采样点的密度根据加工原料
、
增材加工参数
、
挂流面区域大小确定
。
[0016]进一步地，对于所述
S3
获得的具有支撑结构的零件三维模型，手动调整结构参数，使零件三维模型更符合实际加工条件，所述结构参数包括所述采样点的密度
、
支撑结构与加工成形方向所成的角度大小
。
[0017]一种生成有轻量支撑的轴管类零件，根据所述的基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法制成，包括零件主体结构
、
底座
、
支撑结构，所述零件主体结构包括主管线和支管线；所述主管线和支管线均为圆管结构，且主管线和支管线的轴线垂直布置，主管线的一端为同轴布置的底座，另一端为同轴布置的主管线出口，主管线出口的内径与主管线的内径相等，且外径大于主管线的外径；所述加工成形方向为主管线的轴线方向，且从底座部分开始；
[0018]在支管线与主管线的连接处设置楔形支撑，与加工成形方向所成角度为最大自支撑角；在主管线出口处设置倒锥形支撑结构，与加工成形方向所成角度为最大自支撑角
。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020](1)
采用本专利技术方法生成的轻量化支撑结构不同于传统支撑结构直接支撑于基面，而是采用小块支撑结构与零件主体结构构成支撑，在保证支撑强度的情况下，减少了支撑总体积，减少了增材加工过程中使用的支撑量，节约了支撑材料，简化了后续减材加工工艺流程，达到提高增材加工效率，增加成品精度和质量的目的
。
[0021](2)
本专利技术方法避免了后续减材加工流程中出现刀路加工直径突变的情况，提供了一种有效的增减复合加工工艺过渡的思路，有效降低了刀具磨损，提高了加工效率
。
附图说明
[0022]图1是本专利技术提出的一种基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法的流程图
。
[0023]图2是本专利技术实施例所提供的一种轴管类零件的剖视图
。
[0024]图3是本专利技术实施例所提供的一种轴管类零件的俯视图
。
[0025]图4是本专利技术实施例所提供的一种构建有轻量化支撑结构的轴管类零件的主视图
。
[0026]图中，零件主体结构
1、
主管线出口
11、
主管线
12、
支管线
13、
底座
2、
支撑结构
3、
主管线支撑
31、
支管线支撑
32。
具体实施方式
[0027]下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明
白，以下结合附图和实施例，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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：获取待加工零件的三维模型，所述三维模型由多个面片组成；
S2
：获取待加工零件的增材加工参数和加工原料，从而确定原料的最大自支撑角；
S3
：根据所述三维模型的具体结构确定加工成形方向；通过法向量判断法判断所述三维模型中各面片的法向量与加工成形方向的夹角是否大于所述最大自支撑角，若是，则该面片为挂流面；在所述挂流面上生成多个采样点，以采样点为起点引出支撑的生长方向向量，所述生长方向向量与加工成形方向的夹角小于等于所述最大自支撑角，所述生长方向向量与零件的主体结构的交点为支撑终点，连接采样点和支撑终点，生成一端连接零件的主体结构，另一端连接挂流面的支撑结构；
S4
：将具有支撑结构的零件三维模型导入增减材加工设备，生成零件
。2.
根据权利要求1所述的基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法，其特征在于，所述
S1
中，选用的三维建模软件为
SolidWorks、UG、Blender
中的任意一种，生成
STL
格式的模型文件
。3.
根据权利要求1所述的基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支撑自动生成方法，其特征在于，所述
S2
中，加工原料选用钛镍合金，其最大自支撑角为
40
°
。4.
根据权利要求1所述的基于增减材复合工艺的轴管类零件轻量支...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐来，孙扬帆，沈洪垚，杨华勇，谢海波，王柏村，张威，
申请(专利权)人：浙江大学高端装备研究院，
类型：发明
国别省市：