[发明专利]一种基于体素化的钢节点制造路径规划方法

说明书

本发明属于钢节点铸造相关技术领域，并公开了一种基于体素化的钢节点制造路径规划方法，包括：基于体素化来构建三维模型；对相贯线处执行倒圆处理；以及针对主管和支管规划不同的制造路径等步骤，也即采取平面分层制造的方式进行主管的路径规划，并采取曲面分层制造的方式进行各支管的路径规划。通过本发明，可有效克服当前钢节点传统制造方法加工周期长、成品率低等问题，同时在加工效率和加工质量方面均取得改善，使得钢节点的整个制造过程从建模到加工都变得更为简洁方便，可快速生产出高定位精度、高力学性能的钢节点。

技术领域

本发明属于钢节点铸造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于体素化的钢节点制造路径规划方法。

背景技术

近年来空间结构在我国得到很大的发展，如建设体育馆，航站楼、展览中心等各大场馆大跨式建筑期间，钢结构均获得了充分的利用。其中钢节点譬如铸钢节点，其作为受力最集中的部位，往往需要提供更高的支管定位精度和力学性能。

现有技术中已经提出了一些涉及钢节点的生产工艺。例如，CN201210349224.4中公开了一种铸钢节点的生产工艺，并采用了以下较复杂的多个制造步骤：炉料配备及金属液的冶炼；采用α-set造型法选用碱酚醛树脂、固化剂、砂子造型；浇注采用单注孔底注式钢包，采用卧浇卧冷采用井式热处理炉。又如，CN201520514967.1中公开了一种复杂相贯线热卷钢管节点的制作方法，该方法提出对节点上的每个分支钢管进行展开，以分支钢管内壁和外壁相贯线的交点为基准点，对贯口进行内壁线和外壁线的取舍，在趾部区域选择内壁线，在根部区域选择外壁线，得到贯口形状；然后以贯口的最低点为起点，N等分钢板，进行贯口的切割。

然而，进一步的深入研究表明，上述现有技术仍存在以下的缺陷或不足：首先，上述钢节点的制造方法中均需要铸模，而钢节点一般单件或小批量生产，因此不仅铸模不可重复使用，而且铸模会显著增加整个铸造工艺的加工周期；其次，按照上述方法获得的铸钢件本身易出现气孔、砂眼等缺陷，同时存在成品率不高的技术事实。此外，对于支管贯口切割再焊接的方法来说，由于多个支管焊接时多次定位造成支管定位精度不高，贯口尺寸精度受切割精度影响大，且焊接的力学性能很难达到使用要求。相应地，本领域亟需寻找更为完善的解决方案，以满足日益增长的高质量高效率制造要求。

更具体而言，采用电弧增材制造的方式制造钢节点是本领域一种新的解决方案，而常规电弧堆焊成形钢节点仍存在温度场分布不均匀、冷却不足导致的热量积累，进而引发塌陷、产生热应力等缺陷，为解决该问题，需要结合钢节点的结构形貌，避免或减少电弧堆焊成形过程中热量积累，重新规划高效的制造路径。

发明内容

针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明提供了一种基于体素化的钢节点制造路径规划方法，其中通过充分结合钢节点自身的结构及性能特征来执行体素化和建模设计，并采取电弧制造工艺针对主管和支管分别采用不同的分层方式予以制造，相应不仅能够有效克服现有制造工艺所存在的周期长、成本高、不适用单件的问题，而且能够显著改善各支管的定位精度可靠性和相贯处力学性能不佳等缺陷，因而尤其适用于工业化特性化生产的各类钢节点加工制造场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于体素化的钢节点制造路径规划方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)三维模型的构建

针对作为待加工对象的钢节点，对其所包含的主管和多个支管分别生成对应的圆管，对这些圆管执行体素化处理，由此构建形成所需的三维模型；

(b)相贯线处的倒圆

获取所述三维模型中各个支管之间的相交线也即相贯线，并对这些相贯线所处的位置执行倒圆处理，由此实现贯口处的平滑过渡并提高其强度；

(c)针对主管和支管规划不同的制造路径