[发明专利]一种悬臂结构的定向能量沉积五轴熔积方法有效

专利信息
申请号: 201910557719.8 申请日: 2019-06-26
公开(公告)号: CN110340485B 公开(公告)日: 2020-08-18
发明(设计)人: 来五星;戴福生;张海鸥;胡建南;陈曦;王桂兰 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: G05B19/19 分类号: G05B19/19;B23K9/04
代理公司: 华中科技大学专利中心 42201 代理人: 梁鹏;曹葆青
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 悬臂 结构 定向 能量 沉积 五轴熔积 方法
【权利要求书】:

1.一种悬臂结构的定向能量沉积五轴熔积方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:

(a)对于基体结构上的待成形悬臂结构,将所述待成形悬臂结构的三维模型沿垂直其特征曲面的方向进行切片,获得多个平行于所述特征曲面的切片层,对每个切片层进行焊接轨迹的填充,以此获得每个所述切片层中的熔积轨迹,其中,所述特征曲面是所述悬臂结构与基体结构的相交面;

(b)对所述熔积轨迹上的每个点进行五轴空间变换,使得每个点均处于焊枪可达到的位置,以此获得所述熔积轨迹上每个点对应的终止变换点,利用所述五轴空间变换中的几何关系计算每个所述终止变换点处焊枪的进给速度,以此获得所有终止变换点处焊枪的进给速度,其中,所述五轴空间变换按照下列步骤进行:

(b1)将所述基体结构放置在五轴联动系统中的二轴转台上,以所述转台底面为水平面,焊枪方向为Z轴方向建立三维坐标系,设定所述熔积轨迹上的点P1,该点的初始向量和该点所在的终止向量,以及五轴变换中心点;

(b2)利用几何关系求解获得点P1与其终止点P′1之间的五轴空间变换的转换关系;

(c)对所述熔积轨迹进行尖角处理,对尖角处理后的轨迹进行焊接顺序的规划,以此确定所述待成形悬臂结构的五轴熔积成形工艺。

2.如权利要求1所述的一种悬臂结构的定向能量沉积五轴熔积方法,其特征在于,在步骤(b1)中,所述初始向量的方向为所述点P1所在切片层的法向方向,所述终止向量的方向沿所述Z轴方向,所述五轴变换中心点为所述二轴转台的中心点。

3.如权利要求1所述的一种悬臂结构的定向能量沉积五轴熔积方法,其特征在于,在步骤(b1)中,对于所述熔积轨迹最外侧的一道轨迹上的轨迹外侧点Q,其初始向量为将Q点所在切片层的法向量n向该点所在熔积轨迹的外侧偏移预设角度λ获得的向量n′,其中,所述轨迹外侧点是:相对于与Q所在切片层相邻的已成型的切片层而言,所述点Q是悬空的。

4.如权利要求1所述的一种悬臂结构的定向能量沉积五轴熔积方法,其特征在于,在步骤(b2)中,所述点P1与其终止点P1end之间的五轴空间变换的转换关系按照下列进行:

其中,或者α、β、γ、α′、β′和γ′均为中间变量,XC,YC和ZC分别是所述五轴变换中心点的X、Y和Z轴的坐标,和分别是所述初始向量X、Y和Z轴的坐标,和是所述终止向量X、Y和Z轴的坐标。

5.如权利要求1所述的一种悬臂结构的定向能量沉积五轴熔积方法,其特征在于,在步骤(b)中,所述计算每个所述终止变换点的进给速度按照下列表达式进行:

其中,P1和P2是所述熔积轨迹上两个相邻的点,|P1P2|是在所述熔积轨迹上两点之间的距离,P1end和P2end分别是P1和P2的终止变换点,|P1endP2end|是终止变换点P1end和P2end之间的距离,V1end是点P1end的焊枪进给速度,Vs是点P2end的焊枪进给速度。

6.如权利要求1所述的一种悬臂结构的定向能量沉积五轴熔积方法,其特征在于,在步骤(b)中,获得所述终止变换点对应的进给速度后,预先设定焊枪的最大进给速度,当计算获得的终止变换点的进给速度大于所述最大进给速度时,将所述终止变换点的进给速度设定为最大进给速度。

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