[发明专利]基于弓形柱体增长模型的五轴增材仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于弓形柱体增长模型的五轴增材仿真方法，包括步骤：解析输入的五轴增材加工轨迹文件，获取刀位点信息；根据获取的刀位点信息建立弓形柱体增长模型，该弓形柱体增长模型由两部分组成：弓形柱体及其两端的部分球体；根据获取的刀位点信息对相邻刀位点进行线性插值，计算相邻插值点之间的增材扫掠体；将增材扫掠体转换为Tri‑dexel模型；结合材料的质量守恒定律，对Tri‑dexel模型进行布尔求和运算，得到累积Tri‑dexel仿真模型；通过三角面片显示Tri‑dexel模型。本发明可在遵循质量守恒定律的条件下，实现增材制造几何仿真，生成更接近实际加工的仿真模型，且生成的增材成形模型能够作为毛坯进行减材加工。

技术领域

本发明属于增材制造领域，更具体地，涉及一种基于弓形柱体增长模型的五轴增材仿真方法。

背景技术

增材制造技术是指基于离散-堆积原理，通过计算机辅助制造(CAM)软件与数控系统将专用的材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。现在主要增材技术有熔融沉积型(FDM)、直接金属激光烧结(DMLS)、激光工程化净成形(LENS)、激光选择性烧结(SLS)、立体光刻(SLA)。

在发展较早的减材制造方面，成熟的CAM软件如NX、CATIA提供复杂五轴轨迹仿真功能，模拟加工中材料去除过程，并能检测轨迹加工缺陷如过切、欠切，针对检测出的缺陷进行轨迹优化，提高加工质量。在增材制造方面，目前的仿真技术尚不成熟，针对增材加工仿真的CAM软件也尚不完善，难以准确地模拟加工过程中材料逐渐增加的过程。

在增材过程仿真方面，已有的研究使用Dexel和Tri-dexel模型显示增材仿真成形效果。Dexel模型指在单个方向上对模型进行分解，以Z轴方向为例，在X-Y平面等间距并且平行于Z轴的单向射线群，将仿真模型在X-Y平面均匀离散，得到Z轴方向的Dexel模型。Tri-dexel模型则是沿X、Y、Z三个轴向将仿真模型分解，通过对相邻的Dexel射线所包围的相同属性的小体素进行合并，将Tri-dexel模型转化为用体素表示的单向Dexel模型，再提取三角面片进行显示。此方法实现了平面三轴快速原型过程仿真，但还未能解决五轴增材轨迹仿真中出现的问题。

申请号为201710158757.7的中国专利公开了一种基于微观长方体增长模型的五轴增材过程仿真方法。该发明建立并优化微观长方体增长模型，分解五轴增材加工轨迹，计算增材扫掠体，转化增材扫掠体为Tri-dexel模型并对累积模型求和，再通过三角面片显示增材成形模型，实现五轴增材过程仿真。但该方法存在下列三个问题：(1)实际增材加工的单熔覆道轨迹截面更类似于圆的一部分，与长方体模型的矩形截面存在一些差异；(2)在材料累积过程中，仿真模型与实际熔覆道形貌的误差不断累积，使得仿真效果对于实际加工的参考价值降低；(3)在累积仿真过程中未考虑加工材料的质量守恒。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于弓形柱体的五轴增材仿真方法，其能够优化仿真模型，简化计算过程，在材料质量守恒的情况下实现对实际加工的仿真。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于弓形柱体增长模型的五轴增材仿真方法，包括以下步骤：

步骤(1)：解析输入的五轴增材加工轨迹文件，获取刀位点信息；

步骤(2)：根据获取的刀位点信息建立弓形柱体增长模型，该弓形柱体增长模型由两部分组成：弓形柱体及其两端的部分球体；

步骤(3)：根据获取的刀位点信息对相邻刀位点进行线性插值，计算相邻插值点之间的增材扫掠体；

步骤(4)：将增材扫掠体转换为Tri-dexel模型；

步骤(5)：结合材料的质量守恒定律，对Tri-dexel模型进行布尔求和运算，得到累积Tri-dexel仿真模型；