[发明专利]零件加工中基于激光熔覆技术的变参数路径扫描算法

说明书

本发明提供一种零件加工中基于激光熔覆技术的变参数路径扫描方法，涉及激光熔覆成形技术领域。包括以下步骤:在加工路径选取分割点并将其编号；根据设备的加工能力确定曲率阈值，针对不同的曲率范围采用相应的扫描速度和送粉量；计算分割点的曲率，并与曲率阈值比较，记录高于曲率阈值的点；将相邻记录点编为一组，将每一组两个端点或将两个端点向外额外取一点作为低速扫描路径的起点和终点；对于不同的扫描路径采用相应的扫描速度和送粉量进行加工；完成加工。本发明提供的基于激光熔覆技术，根据设备的加工能力以及扫描路径的规划情况，通过改变工艺参数(主要是扫描速度和送粉量)，以达到同时保证加工质量和加工效率的目的。

技术领域

本发明涉及激光熔覆成形技术领域，具体涉及一种零件加工中基于激光熔覆技术的变参数路径扫描方法。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing,简称AM)在20世纪80年代末由美国麻省理工学院的Emanual Sachs等人提出并研制，由于其自下而上的制造特点，在具有复杂外形和结构的零件加工中相较于传统的减材加工而具有明显优势。激光熔覆技术(LaserCladding)作为增材制造技术中发展时间较长，技术较为成熟的制造方式，在表面改性、表面修复和快速原型制造等领域均得到了相当程度的应用，尤其在薄壁件制造中，具有较大的优势。虽然激光熔覆技术具有效率高，加工环境适应性强等优势，但是由于加工时材料需要经过固体熔化成液体再重新凝固成固体的相变过程，因而对加工的精度会产生一定的影响。如何在保证激光熔覆加工技术的效率的前提下提高其加工精度，尤其是薄壁件加工中复杂曲面的成形精度，就成为了激光熔覆技术中亟待解决的问题。

在激光熔覆技术中，主要的工艺参数有激光功率、扫描速度、激光直径、送粉量、离焦率和扫描方式等，这些参数会以不同的方式影响加工质量，例如送粉量的提升会提高熔覆层的高度，激光直径的增加会提高熔覆层的宽度。

目前，在激光熔覆制造中，针对复杂曲线路经的扫描主要采用变扫描速度的方法。这种方法主要是考虑到扫描路径为复杂的曲线时，受限于设备的加工能力，当扫描速度过大的时候，会导致形状失真，而当全程采用较小的扫描速度的时候，会导致加工效率的降低。因此针对路径较为复杂，曲率较大的部分降低扫描速度，保证激光走位的准确以提高成形精度；对于路径简单，曲率较小的部分加快扫描速度以提高成形效率。但是该种方法仅引入扫描速度一个工艺参数，无法保证加工质量的稳定。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可以同时兼顾加工质量和加工效率的加工方法。在路径较为简单的部分保持较高的扫描速度以保证加工效率；在路径较为复杂曲率较大的部分降低扫描速度以提高加工精度，同时适当降低送粉量以保持加工质量。

为了实现上述的发明目的，本发明提供了一种零件加工中零件加工中基于激光熔覆技术的变参数路径的扫描方法，包括以下步骤：

(1)在加工扫描路径上等间距地选取一定量的分割点，并将分割点编号；

(2)根据设备的加工能力确定曲率阈值，通过遗传算法确定扫描速度与送粉量对加工质量的影响，针对不同的曲率范围采用相对应的扫描速度和送粉量；

(3)计算各个分割点的曲率，并将其分别与曲率阈值比较，记录下高于曲率阈值的点；

(4)如果存在独立的记录点，既记录点的前后均无高于曲率阈值的分割点，则移出该点，如果存在独立的非记录点，既非记录点的前后均高于曲率阈值，则将该点添加至记录点内；

(5)将全部相邻的记录点编为一组，将每一组的两个端点或将两个端点向外分别额外取一个点作为低速扫描路径起点和终点；

(6)对于正常扫描路径，采用正常的工艺参数进行加工，对于低速扫描路径段，采用步骤 (2)中确定的扫描速度和送粉量进行加工；

(7)完成加工。