[发明专利]一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法

说明书

本发明公开一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法，包括减材计算方法和增材计算方法，所述减材计算方法包括以下步骤：先通过反正切函数计算角度A，再根据A角的表达式和反余弦函数的单调性可得角度C；所述增材计算方法包括以下步骤：已知Z方向的分量存在两个区间，首先计算矢量Z方向的分量，然后计算不同的象限内的刀轴矢量，之后验证刀轴矢量变换算法的有效性，最后在矢量变换后，根据反推旋转角取值；本发明在增材成形过程中，刀具的轨迹好坏直接影响到成材零件的精度及性能，为解决复杂薄壁曲面零件的增材成形轮廓精度，本算法基于后置处理技术研究了五轴激光单道增材的轨迹控制方法，提出了五轴螺旋动态刀轴矢量控制方法。

技术领域

本发明涉及增减材料制造技术领域，尤其涉及一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法。

背景技术

激光五轴熔覆增材与传统五轴铣削不同，它是一个多物理量的耦合过程，其熔覆件性能与表面质量需要良好的稳定性与加工条件。在众多的影响因素中，刀具的运动轨迹策略尤为重要。刀具运动轨迹不仅对几何沉积形状有很大的影响，也会影响机械或冶金性能，越均匀流畅的刀具轨迹，会得到越光顺、表面质量越高的零部件，尽管很多学者为提高五轴熔覆质量在轨迹方面做了大量的研究工作，但都是基于三轴平台或五轴平台下的三轴联动模式，并未实现五轴联动。在三轴增材模式中，激光的扫描路径是按照平行分层法，采用固定刀轴矢量，导致熔覆零件表面易出现阶梯效应，难以满足较高的成形精度，特别是在熔覆薄壁、变曲率零件时还会出现熔池塌陷、成形件塌边现象；

目前关于激光五轴熔覆运动轨迹的刀轴矢量控制研究不是很多，仅有利用相邻层点计算五轴刀轴矢量的控制方法来提高变曲率、薄壁件成形精度，该方法虽然有一定的效果，但计算复杂，因此本发明提出一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法，该激光熔覆矢量的矢量变换计算方法解决了目前关于激光五轴熔覆运动轨迹的刀轴矢量控制研究不是很多，仅有利用相邻层点计算五轴刀轴矢量的控制方法来提高变曲率、薄壁件成形精度，该方法虽然有一定的效果，但计算复杂的问题。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种激光熔覆矢量的矢量变换计算方法，包括减材计算方法和增材计算方法，

所述减材计算方法包括以下步骤：

步骤一：首先将工件相对于刀具旋转，将刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转到规定坐标平面，并且计算刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度，其次将刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转，并且计算刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转的角度，刀具矢量表示为Ω，刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度表示为C，刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转的角度表示为A；

步骤二：对步骤一中的刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度进行计算的过程中，首先设刀具矢量在Xt轴至Yt轴平面上的投影矢量为Ωi，并且在X轴和Y轴方向的分量分别表示为ΩiX与ΩiY，然后通过ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的大小，得到ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的表达式，ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度表示为c_i；

步骤三：得到ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的表达式后，再根据投影矢量Ωi的初始位置、运动和ΩiX和ΩiY的绝对值的反正切确定的角度的正负计算刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度；

步骤四：计算刀具矢量绕Zt轴顺时针旋转的角度后，根据机床的标准参数，刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转的角度的实际摆动范围为规定范围，根据刀轴矢量绕Xt轴顺时针旋转的角度的表达式和反余弦函数的单调性得出下式：

根据公式计算得出减材计算最终结构。

所述增材计算方法包括以下步骤：