[发明专利]确定增减材复合制造中交替时机的方法

说明书

本发明确定增减材复合制造中交替时机的方法，涉及金属增减材复合制造技术领域，尤其涉及一种确定增减材复合制造中交替时机的方法。本发明增材方式为铺粉式，减材铣削方式为三轴数控铣；确定增减材复合制造中交替时机的方法步骤包括：步骤1、获取刀轨；步骤2、建立刀具空间坐标模型；步骤3、提取待加工面密集点云；步骤4、碰撞分析；步骤5、确定最佳交替时机；步骤6、加工实施。本发明的技术方案解决了现有技术中的现有加工方法中存在增减材切换次数多，效率低，如采用较大的固定增材层数，无法保证对于复杂轮廓的刀具可达性等问题。

技术领域

本发明涉及金属增减材复合制造技术领域，尤其涉及一种确定增减材复合制造中交替时机的方法。

背景技术

传统制造方法难以加工深凹槽、深孔、大拐点、封闭腔体结构、倒扣面等特征，而新兴的多种增材制造方式扩大了可加工特征的范畴，其中选区激光熔化成形尤其适用于加工精密曲面零件，但单纯增材成形的零件表面一般具有台阶效应、粉末粘接和球化等缺陷。

通过将增材制造与减材制造两种工艺进行复合，即采用交替成形及加工的工艺，先通过高能束扫描来熔化/凝固一定层数的金属粉末，后进行铣削加工，减材完成再次进行增材成形。这样不仅可以提高表面精度，还能够改善复杂增材零件后处理加工中的刀具可达性问题。

然而在现有的增减材工艺中，通常将增减材交替的时机即单次连续增材高度设置为固定参数，没有根据零件特征判断各处最大连续增材层数来提高增减材复合制造的效率。如华中科技大学所申请专利(一种金属零件的增减材复合制造装备及方法，公开号：CN106735216A)中并没有对增减材交替时机做阐述；沙迪克株式会社所申请专利(层叠造形装置，公开号：CN107363259A)中提及：“每当形成规定数的烧结层就利用旋转切削刀具对烧结层表面进行切削加工”。还有的做法是先根据零件轮廓将零件大体分成几块，对于每块采用不同的连续增材高度，但该种做法只能实现定性，不能做到定量，没有从根本上避免后续减材加工中的干涉问题，未达到效益最大化。

采用固定的烧结层数即增材层数进行增减材复合制造，难以实现刀具可达性及加工效率的协同控制，对于既包含空间曲面等复杂轮廓，又包含竖直面等简单轮廓的零件，采用较小的固定增材层数，可保证刀具可达性，但由于增减材切换次数多，效率低；采用较大的固定增材层数，不能保证对于复杂轮廓的刀具可达性。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的确定增减材复合制造中交替时机的方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

根据上述现有技术提出的现有加工方法中存在增减材切换次数多，效率低，如采用较大的固定增材层数，无法保证对于复杂轮廓的刀具可达性等技术问题，而提供一种确定增减材复合制造中交替时机的方法。本发明需要先根据零件轮廓特征进行减材路径规划，在满足不干涉加工的前提下，确定不同区域的最大连续增材层数，即确定增材与减材加工成形的交替时机，从而实现刀具可达性及加工效率最大化的协同控制。

本发明采用的技术手段如下：

一种确定增减材复合制造中交替时机的方法，其中增材方式为铺粉式，减材铣削方式为三轴数控铣；其特征在于，所述的确定增减材复合制造中交替时机的方法步骤包括：

步骤1、获取刀轨：将所要成形零件的三维模型导入数控仿真加工软件，设定所用刀具参数，根据零件表面精度要求，确定切削参数，生成刀轨，输出刀具中心轨迹的坐标文件；

步骤2、建立刀具空间坐标模型：依据所选刀具尺寸参数，利用步骤1中所得刀具中心轨迹的坐标文件，将加工过程中整体刀具所处空间位置以坐标形式表述；

步骤3、提取待加工面密集点云：提取零件待减材加工表面的点云数据，提取密度以能完整表征几何轮廓特征为原则，提取完成后导出点云x、y、z坐标的文本格式文件；