[发明专利]电弧填丝增材制造分层切片工艺变量自动计算方法

说明书

本发明公开了一种电弧填丝增材制造分层切片工艺变量自动计算方法，首先分层切片并设定层片的堆积尺寸，设计样本数据并建立由工艺变量计算堆积层尺寸的数学模型；设定初始工艺变量值，代入数学模型计算堆积层尺寸，将计算与设定的堆积层尺寸进行比较；如果误差超出设定阈值，根据工艺变量与堆积层尺寸的作用关系，调节工艺变量并代入数学模型计算新的堆积层尺寸，如此反复循环计算，直至调节的工艺变量计算出的堆积层尺寸误差在设定阈值内，本发明方法可以自动计算分层切片工艺变量，无需建立由堆积层尺寸计算工艺变量的数学模型，避免了工艺变量计算精度低的问题，同时有效解决了人工调试工艺变量自动化程度低的缺点。

技术领域

本发明属于电弧填丝增材制造技术领域，具体涉及一种电弧填丝增材制造分层切片工艺变量自动计算方法。

背景技术

电弧填丝增材制造以焊接电弧作为热源，金属丝材为熔化材料，根据金属构件的三维模型分层切片，逐层堆积形成全焊缝的金属构件。该技术有设备成本低、堆积效率高、成形件冶金结合性能好等一系列优点，因而广泛用于大型尺寸金属结构件的制造。

在电弧填丝增材制造中，首先需要根据金属构件的三维模型进行分层切片，获得每个层片的层高与层宽参量，然后设计合适的试验工艺变量完成层片内堆积层尺寸的成形。因此，前期需要设计试验数据建立工艺变量与层宽、层高的数学模型，常用的方法有传统回归建模和神经网络方法。由于工艺变量多，层片尺寸变量少，目前建立的数学模型都是已知试验工艺变量来计算层宽和层高。但是，一般在三维模型分层切片后，已知参量是设定的层宽和层高，故而需要计算试验工艺变量。解决此类问题的方法有两种：一种是对数学模型进行工艺变量的多自变量求解，但是工艺变量个数多于因变量个数，方程难以求解或模型计算精度低；另一种方法是根据建立的数学模型不断进行人工调试工艺变量，直至计算出预设的层高和层宽为止，但过程自动化程度低且耗时量大。因此，亟需开发一种由已知的分层切片尺寸自动计算堆积工艺变量的方法，从而解决电弧填丝增材制造分层切片工艺变量自动计算的难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决电弧填丝增材制造分层切片过程工艺变量难以求解及自动计算的难题，提供一种电弧填丝增材制造分层切片工艺变量自动计算方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种电弧填丝增材制造分层切片工艺变量自动计算方法，包括以下步骤：

(1)对金属构件三维模型进行分层切片，获得每个层片的设定层高LH_set和层宽LW_set；

(2)设计电弧填丝增材制造试验工艺变量样本，确定每个工艺变量的取值范围，完成所有工艺变量样本的工艺试验，测量对应工艺变量组合下的层高和层宽尺寸；

(3)将设计的电弧填丝增材制造工艺变量样本和测量的层高、层宽尺寸作为建模数据，以工艺变量为输入变量，测量的层高和层宽为输出变量，建立由工艺变量计算层高和层宽的数学模型；设计验证样本数据，对所述数学模型的精度进行验证；

(4)任意选定一组工艺变量初始值，每个工艺变量初始值在步骤(2)所述的对应工艺变量取值范围内，将工艺变量初始值导入步骤(3)建立的数学模型中，计算层高LH和层宽LW尺寸，令设定层高与计算层高的误差E_LH＝100％×(LH-LH_set)/LH_set，设定层宽与计算层宽的误差E_Lw＝100％×(LW-LW_set)/LW_set；设定误差阈值E_set(E_set0)，循环次数初始值n＝0，总循环次数为N；

(5)如果|E_LH|≤E_set且|E_Lw|≤E_set，则表示分层切片工艺变量计算成功；