[发明专利]一种薄壁曲面表层图案激光加工轨迹求解方法

说明书

本发明一种薄壁曲面表层图案激光加工轨迹求解方法属于薄壁曲面表层图案精密制造技术领域，涉及一种薄壁曲面表层图案激光加工轨迹求解方法。该方法根据薄壁曲面件装夹变形特点，通过三坐标测量机获得夹紧态曲面点云数据，沿径向方向映射到理想曲面，构建夹紧态曲面及理想曲面三角网格映射关系，求解理想加工轨迹在夹紧态曲面上的映射轨迹。根据激光烧蚀尺寸预测模型，离散化求解映射轨迹上任一刀位点处材料的烧蚀深度和烧蚀宽度，考虑曲面曲率变化导致的瞬时加工参数变化，并对图案曲线尺寸或轮廓超差处进行局部加工轨迹点调整，最终生成符合加工精度的五轴数控加工轨迹。该方法减小了装夹变形造成的加工误差，适用于薄壁曲面表层图案精密加工。

技术领域

本发明属于薄壁曲面表层图案精密制造技术领域，涉及一种薄壁曲面表层图案激光加工轨迹求解方法。

背景技术

随着航空航天、信息传导等领域的发展，针对电磁波传输控制需要的复杂曲面结构功能一体化部件逐渐成为了一种重要的构件形式。高速飞行器天线是此类构件的一重要应用，为满足高性能和轻量化需求，天线多采用轻质材料薄壁曲面基体结构，且加工精度要求一般在微米级，对现有加工技术提出了新的挑战。在薄壁曲面零件表面高效率、高精度的制造复杂图案仍是研究的热点与难点。近年来迅速发展的激光刻蚀加工技术，因其非接触式加工、易于与多轴驱动装置结合等优点，逐渐成为复杂曲面构件表层图案精密高效制造的有效方法。但是薄壁曲面件刚度低，在夹紧态下易产生弹性变形，导致实际加工曲面与理想曲面产生偏差，若按理想天线图案规划的加工轨迹进行加工，将导致装夹释放后天线图案曲线的轮廓、位置与原始设计不符。此外，薄壁曲面变形后曲率发生变化，加工过程激光工艺参数将发生改变，影响天线图案的加工尺寸精度。因此迫切需要研究一种薄壁曲面表层图案激光加工轨迹求解方法，求解图案理想加工轨迹在夹紧态曲面的映射轨迹，并考虑曲面变形后的曲率变化对激光工艺参数的影响，并以加工图案曲线的轮廓精度和尺寸精度为约束对加工轨迹超差点进行调整，实现薄壁曲面表层图案的精密加工。

现有技术文献1“Simulation of workpiece deformation caused by releasingthe clamping force”，Shao Xiaodong等，Transactions of the Canadian Society forMechanical Engineering，2013，37：703-712，该文献提出了一种基于四面体网格模型的加工轨迹映射方法，通过有限元方法建立变形前后有限元网格间的映射关系，并根据相似变换原理求解工件变形后的加工轨迹，改善了薄壁件的加工精度。但是在真实情况下装夹变形受装夹顺序和夹紧力的影响，稳定性较差，采用仿真分析的方法会引入新的误差。现有技术文献2“Adaptive machining for curved contour on deformed large skin based onon-machine measurement and isometric mapping”，Bi Qingzhen等，InternationalJournal of Machine Tools and Manufacture，2019，136：34-44，该文献针对大型薄壁蒙皮曲面，提出了一种曲面匹配方法，将变形后曲面测量点云投影到标准曲面获得初始匹配点，并基于等距映射的曲面匹配算法迭代构建标准曲面与变形曲面的映射关系，并据此自适应调整加工轨迹，实验结果表明这种方法有效提高了加工轮廓精度。但是这种方法仅适用于变形主要沿法向方向的大型薄壁蒙皮曲面工件，且曲面匹配算法需要大量的迭代计算，复杂费时。

发明内容

本发明针对现有技术缺陷，发明了一种薄壁曲面表层图案激光加工轨迹求解方法。该方法首先建立夹紧态曲面与理想曲面间映射关系，求解理想轨迹在夹紧态曲面的映射轨迹，然后分析由夹紧态曲面曲率变化导致的局部轨迹激光加工工艺参数变化，结合激光烧蚀尺寸预测模型，以表层图案加工精度要求为约束调整加工轨迹，保证了薄壁曲面表层图案曲线的加工尺寸精度和轮廓精度。