【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增减材复合制造中加工路径规划，具体涉及一种复杂型腔类零件增减材复合制造多层加工路径自适应规划方法。
技术介绍
1、增减材复合制造是一种将增材制造与数控加工相结合的制造方式，其成形原理为：在零件近净成形的过程中运用增材与减材工艺的合理交替，提高零件内部结构的质量和精度，实现复杂内部结构零部件一体化精密成形；该方法可提高刀具可达性与增材零件表面精度，为数控加工难以制造的零件(如：具有复杂型腔的零件)一体化精密制造提供解决方案。
2、加工路径规划是复合制造前数据准备的重要一环，其直接影响零件表面质量与性能。当零件结构较为简单，可采用商用cam软件对加工路径进行整体规划；当面对复杂零件结构(尤其具有复杂内部结构零件)，考虑刀具可达性，商用软件不支持直接对其加工路径进行规划。
3、现有的用于增减材复合制造多层加工路径规划方法可分为两类：方法一，采用cad软件将模型进行分解，得到多个可一次规划出加工路径的子模型，并采用cam软件对各子模型单独规划加工路径(y.wang et al,the process planning for additive andsubtractive hybrid manufacturing of powder bed fusion(pbf)process.mater.design.227(2023)111732)。方法二，基于模型切片，采用循迹法生成外轮廓，并用作加工路径(a.roschli et al,ornl slicer 2:a novel approach for a
4、以上两种办法虽然可以对增减材复合制造所需多层加工路径进行规划，但在面对模型内部特征复杂，需要多个模型分解面时，方法一显得尤为复杂且低效；方法二加工精度受限于模型切片精度，且各层切片间无拓扑关系，不适用于多轴加工路径规划。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种复杂型腔类零件增减材复合制造多层加工路径自适应规划方法，可实现复杂型腔类零件内部增减材复合制造特征以及型腔转换处干涉平面的快速智能识别，并可快速自适应规划增减材复合制造所需的多层、多轴、精度可控的无干涉加工路径，大大降低了增减材复合制造的加工准备时间和工作量，提高整个复合制造过程的自动化程度。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种复杂型腔类零件增减材复合制造多层加工路径自适应规划方法，包括以下步骤：
4、(a)step模型解析：建立计算机与step模型之间的映射关系a1，并建立step模型内各实体间拓扑关系a2；
5、(b)复合加工特征识别：根据step模型实体间拓扑关系a2，基于特征图构建方法建立面边图b1，判断各面、邻接边凹凸性，建立属性邻接图b2；仅保留凹面及凹边，建立最小子图b3，再从最小子图b3中采用广度优先算法提取step模型中的准加工特征b4；在属性邻接图b2的基础上，仅保留与准加工特征b4相关的节点及连线，建立特征属性邻接图b5，提取特征内拓扑环b6及各拓扑环边界b7；根据复合加工特征判断准则，判断各准加工特征是否为复合加工特征b8；结合拓扑环边界b7，将各复合加工特征b8转化为“边界-环-边界”b9形式；
6、(c)多层加工路径规划：根据各复合加工特征“边界-环-边界”b9形式，采用边界引导法c1，通过切削深度控制c2和切削步长控制c3，控制加工路径精度，得到各拓扑环的刀轴矢量c4、刀触点c5和延伸刀路c6；将用户定义转换面c7和拓扑环间平面c8作为增减交替面c9，根据增减交替面层高区间，定义多层加工路径文件组c10；按照g代码规则输出刀轴矢量c4、刀触点c5及延伸刀路c6至相应的加工路径文件，获得增减材复合制造所需的多层、多轴、精度可控的无干涉加工路径c11。
7、所述步骤(b)中特征图构建方法指：将step模型实体中各面作为节点，邻接边作为节点连线，通过按需添加节点和节点连线属性，构建面边图b1、属性邻接图b2、最小子图b3和特征属性邻接图b5；在程序中，特征图采用二维矩阵表示，其中矩阵行、列数与step模型面数相等。
8、所述步骤(b)中各面、邻接边凹凸性判断方法如下：
9、面的凹凸性判断：平面无凹凸性；柱面凹凸性根据step模型中柱面特征拓扑逻辑下法向量方向判定，若法向量指向柱面内部，为凸圆柱，否则为凹圆柱；b样条曲面无全局凹凸性，考虑到b样条曲面一般作为特征过渡曲面，故计为凹面；
10、边的凹凸性判断：边的凹凸性判断转化为求邻接面间二面角问题，对于step模型，假设边e是面f1、f2的交线，环l是面f1上的边界环(方向满足右手定则)，n1、n2是面f1、f2的单位外法向量，点p是边e上一点，向量t为边e在点p处沿着环l方向的单位切向量，则边e的凸凹性由下式确定：
11、m＝(n1×n2)·t (1)
12、若m>0，则边e是凸边；若m<0，则边e是凹边；若m＝0，则边e是切边；
13、对于和b样条曲面接触的边，包括b样条曲线，采用内外边界标识判断法，即若边在某个面上属于内轮廓则为凸边，否则为凹边。
14、所述准加工特征b4为：在最小子图b3中，由多个凹属性构成的面边组，对应于step模型中的数控加工特征，即开口腔、闭口腔、孔的特征。
15、所述拓扑环b6为：在最小子图b3中，由多个面或一个封闭面首尾相接围成的环称为特征拓扑环，其在step模型中代表一个型腔特征；若一个特征中具有多个拓扑环，代表该特征由多个型腔组成，某个型腔的刀具干涉可能受同特征中其他型腔的影响。
16、所述拓扑环边界b7为：根据特征属性邻接图b5，得到各拓扑环组成面与邻接面间邻接边信息，从而组建拓扑环边界，每个拓扑环有两个边界；拓扑环边界中包含各边编号、内外边界标识、起始点和终止点信息，拓扑环边界b7是首尾相接的环。
17、所述复合加工特征b8为：需要增减材复合制造才能完全进行表面加工的特征称为复合加工特征，其具有两个特点：非开放性、具有复杂内部结构或大长径比。
18、所述复合加工特征判断准则为：特征起始边界即最外层拓扑环与非特征面组成的边界的内外边界标识均为内边界，且满足由多个拓扑环组成或具有大长径比。
19、所述内外边界标识为：在step模型实体中，face_bound实体共有两种类型：face_inner_bound和face_outer_bound；其中，face_inner_bound用于表示面内部封闭边界，face_outer_bound用于表示面外围边界。
20、所述切削深度控制c2方法包括：恒定深度控制和恒定数量控制方法，其中恒定深度控制方法适用于模型特征多时的切削本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复杂型腔类零件增减材复合制造多层加工路径自适应规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述步骤(b)中特征图构建方法指：将STEP模型实体中各面作为节点，邻接边作为节点连线，通过按需添加节点和节点连线属性，构建面边图b1、属性邻接图b2、最小子图b3和特征属性邻接图b5；在程序中，特征图采用二维矩阵表示，其中矩阵行、列数与STEP模型面数相等。
3.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述步骤(b)中各面、邻接边凹凸性判断方法如下：
4.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述准加工特征b4为：在最小子图b3中，由多个凹属性构成的面边组，对应于STEP模型中的数控加工特征，即开口腔、闭口腔、孔的特征。
5.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述拓扑环b6为：在最小子图b3中，由多个面或一个封闭面首尾相接围成的环称为特征拓扑环，其在STEP模型中代表一个型腔特征；若一个特征中具有多个拓扑环，代表该特征由多个型腔组成，某个型腔的刀具干涉可能受同特征中其他型腔的影响。
6.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述拓扑环边界b7为：根据特征属性邻接图b5，得到各拓扑环组成面与邻接面间邻接边信息，从而组建拓扑环边界，每个拓扑环有两个边界；拓扑环边界中包含各边编号、内外边界标识、起始点和终止点信息，拓扑环边界b7是首尾相接的环。
7.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述复合加工特征b8为：需要增减材复合制造才能完全进行表面加工的特征称为复合加工特征，其具有两个特点：非开放性、具有复杂内部结构或大长径比；所述复合加工特征b8判断准则为：特征起始边界即最外层拓扑环与非特征面组成的边界的内外边界标识均为内边界，且满足由多个拓扑环组成或具有大长径比。
8.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述内外边界标识为：在STEP模型实体中，FACE_BOUND实体共有两种类型：FACE_INNER_BOUND和FACE_OUTER_BOUND；其中，FACE_INNER_BOUND用于表示面内部封闭边界，FACE_OUTER_BOUND用于表示面外围边界。
9.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述切削深度控制c2方法包括：恒定深度控制和恒定数量控制方法，其中恒定深度控制方法适用于模型特征多的切削深度规划；恒定数量控制方法仅适用于模型特征少或各特征间高度差异小的切削深度规划。
10.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述切削步长控制c3方法需根据引导边界类型不同，采用不同的控制方法，其中直线边界步长直接跟随边界长度；弧线边界步长采用恒定角度控制；B样条曲线边界步长采用节点细分控制。
...【技术特征摘要】
1.一种复杂型腔类零件增减材复合制造多层加工路径自适应规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述步骤(b)中特征图构建方法指：将step模型实体中各面作为节点，邻接边作为节点连线，通过按需添加节点和节点连线属性，构建面边图b1、属性邻接图b2、最小子图b3和特征属性邻接图b5；在程序中，特征图采用二维矩阵表示，其中矩阵行、列数与step模型面数相等。
3.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述步骤(b)中各面、邻接边凹凸性判断方法如下：
4.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述准加工特征b4为：在最小子图b3中，由多个凹属性构成的面边组，对应于step模型中的数控加工特征，即开口腔、闭口腔、孔的特征。
5.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述拓扑环b6为：在最小子图b3中，由多个面或一个封闭面首尾相接围成的环称为特征拓扑环，其在step模型中代表一个型腔特征；若一个特征中具有多个拓扑环，代表该特征由多个型腔组成，某个型腔的刀具干涉可能受同特征中其他型腔的影响。
6.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述拓扑环边界b7为：根据特征属性邻接图b5，得到各拓扑环组成面与邻接面间邻接边信息，从而组建拓扑环边界，每个拓扑环有两个边界；拓扑环边界中包含各边编号...
【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，王寅，陈宇凯，陆宇，王俊尧，韩宾，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。