[发明专利]一种面向化铣演变的激光刻型过程的轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种面向化铣演变的激光刻型过程的轨迹规划方法，属于激光表面制造技术。其技术要点在于，基于两次化铣演变的化铣零件第二次刻蚀三维数模期望点选取；基于化铣演变的第二次激光刻型位置点选取；化铣零件三维数模第一次激光刻型期望点选取；第一次激光刻型位置点选取；面向规则特征的轨迹规划；面向自由曲线特征的轨迹规划。本发明建立了基于化铣演变的变侵蚀比的激光刻型轨迹规划，有效解决了不同侵蚀比条件/不同化铣深度条件下激光刻型轨迹的智能生成问题，可以更好的保证制造精度提升激光刻型效率，使激光刻型制造加工更加智能化。

技术领域

本发明涉及激光制造领域，特别是涉及一种面向化铣演变的激光刻型过程的轨迹规划方法。

背景技术

随着航空航天飞机机构件的设计了大量的加强筋结构，结构形式越来越复杂。为了解决这些复杂型面零件的加工，航空航天飞机结构件采用了化铣加工工艺。化铣图案的激光刻型是整个机匣化铣工艺流程中的一个关键步骤，是将需化学铣削部分的防护层上刻出设计的图案并实现剥离。目前，国内外广泛使用激光来进行零件化铣图案的激光刻型。

现有激光刻型工艺和方法的主要难点在于：一是加工过程中，由于一般情况下没有考虑化铣侵蚀比对零件的影响，给定的实际加工零件是经过了多次激光刻型化铣后的最终零件，激光刻型过程零件模型一般不直接给出，造成在第一次和第二次激光刻型中的激光刻型点和轨迹的选取困难。二是面向复杂型面的曲线或者以及经过化铣后加强经侧壁复杂结构的轨迹规划难以实现自适应调整。三是现有激光刻型考虑化铣演变时主要针对平面激光刻型，化铣侵蚀比的缩放简单，无法解决曲面信息的缩放问题。

因此，研发一种面向化铣演变的激光刻蚀过程的轨迹规划方法，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种面向化铣演变的激光刻蚀过程的轨迹规划方法，考虑侵蚀比变化的实际激光刻型位置选取、工字型结构多次激光刻型位置点选取及轨迹规划，有效的解决了三维型面和工字型结构的侵蚀比缩放等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种面向化铣演变的激光刻型过程的轨迹规划方法，零件经过两次“激光刻型—化学铣削”，即“第一次激光刻型--第一次化学铣削--第二次激光刻型--第二次化学铣削”才能实现最终加工成型，两次激光刻型轨迹都需要化学铣削工艺过程侵蚀比参数来进行实际轨迹规划；具体步骤为：

STEP1：基于化铣零件三维数模期望点选取；

读取化铣零件三维数模信息，选取的三维数模期望点，包括位置点坐标信息，位置点所在的边界曲线或曲面信息，根据曲线曲面信息可以计算该点的切矢量和法矢量；期望点可以选择模型上的某一固定位置点，也可以选择三维数模边界曲线，离散后获得激光刻型的期望位置点；

STEP2：基于化铣演变的曲面第一次激光刻型位置点计算：

期望位置点是化学铣削后获得的，激光刻型过程的实际位置点要考虑化铣侵蚀的演变过程，三维曲面第一次激光刻型的实际位置点计算方法为：

1)根据给定的实际激光刻型零件三维数模，选取一次化铣后的三维数模期望点P1、化铣后数模边线AB、第一次化铣侵蚀比k1以及实际需要刻蚀深度h1，其中b为侧向化铣深度；

2)根据AB边界曲线和所在曲面信息，计算P1点所在曲面的法向量M(a,b,c)，边线AB的切向量N(a',b',c')，可以求得垂直于F法向量和切向量的单位向量

3)在第一次化铣的截面投影信息，在直角坐标系中计算出实际化铣的侧向深度

4)在三维数模中，根据平移坐标变换，可以计算出实际激光刻型位置点P1'＝(P1x,P1y,P1z)＝P1-b1·e＝P1-(k1/h1)·e；

5)根据实际化铣的方向可以确定向量e的正负取值，最终获得实际激光刻型位置点；