[发明专利]可通过铣削操作制造的部件的设计

说明书

本发明涉及一种用于设计可通过铣削操作制造的部件的方法。该方法包括提供拓扑优化的3D建模部件，计算包含拓扑优化的3D建模部件的边界体积，定义铣削工具的铣削方向，根据铣削方向计算拓扑优化的3D建模部件的剪影，该剪影包括轮廓，并且基于铣削工具的参数计算新轮廓。

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统领域，更具体地涉及用于设计与铣削操作兼容的部件的方法、系统和程序。

背景技术

市场上提供了许多用于对象的设计、工程和制造的系统和程序。CAD是计算机辅助设计的首字母缩写，例如它涉及用于设计对象的软件解决方案。CAE是计算机辅助工程的首字母缩写，例如它涉及用于模拟未来制品的物理行为的软件解决方案。CAM是计算机辅助制造的首字母缩写，例如它涉及用于定义制造过程和操作的软件解决方案。在这种计算机辅助设计系统中，图形用户界面在技术效率方面起着重要作用。这些技术可以嵌入在制品生命周期管理(PLM)系统中。PLM指的是一种商业战略，可以帮助公司共享制品数据、应用通用过程、以及利用企业知识用于从制品的概念到它们生命的终点的制品开发，跨越扩展企业的概念。Dassault Systèmes(商标CATIA、ENOVIA和DELMIA)提供的PLM解决方案提供了组织制品工程知识的工程中心、管理制造工程知识的制造中心、以及能够企业集成和连接入到工程和制造中心这两者中的企业中心。所有这些系统一起提供了一个开放对象模型，将制品、过程和资源联系起来，以实现动态的、基于知识的制品创建和决策支持，其驱动优化的制品定义、制造准备、生产和服务。

拓扑优化是结构设计领域中的已知技术，并且经常用于优化给定部件的结构特征。拓扑优化是关于找到相对于目标名为设计空间的给定区域中的最优部件。例如，在诸如限制质量的一些约束下，刚度的最大化。

因此，拓扑优化有助于工程师优化部件的形状，其将被提交到负载组，因此具有特定的结构要求，并且减小部件的质量。当部件用于执行功能时，执行它所设计的功能期间会有一些区段将承受很小的压力或没有压力。可以经由拓扑优化方法识别这些区段，以便将其从部件中移除。因此，可以减小部件的质量而不降低其耐久性。

在设计拓扑优化部件的三维模型时，首先在设计空间内限定功能规格。可以在设计空间中探索部件的数个设计概念，以便为给定任务选择最适合的部件形式。在验证部件的给定形状之前，还可以在探索设计概念期间包括结构预验证步骤。这样设计的部件的拓扑优化模型代表可用于执行与原始部件相同功能的部件，具有相似的耐久性，但由于具有较小的质量而具有较小的重量。

然而，部件的拓扑优化模型具有复杂的形状，使得难以使用消减制造方法(例如铣削)来制造。在大多数情况下，用户必须手动重建部件模型或使用添加制造方法来生成拓扑优化的模型部件。

在第一种情况下，用户将浪费时间手动修改部件，以确保工具可以获得该部件的拓扑优化模型的几何形状，所述工具将在制造过程中移除材料。复杂的拓扑优化模型可以有许多小孔，这些小孔都需要验证，而用户很容易在设计中忽视或犯错误。这可能潜在地导致在消减制造过程中相对于部件的拓扑优化模型去除另外的材料，这可能导致部件过早断裂。

第二种情况需要使用添加制造来制造部件，例如，3D打印。然而，在制造部件时，3D打印的平均效率低于铣削。此外，3D模型部件的磨损尚尚待全面测试，且尚待在许多工业领域中得到认可使用。例如，在飞机工业或航天工业中，不可能使用3D打印部件，因为没有长期使用这些部件的可靠性的证据。

在此背景下，仍然需要一种改进的方法来设计可以使用铣削操作制造的部件。

发明内容

因此，提供了一种用于设计可通过铣削操作制造的部件的计算机执行的方法。该方法包括：

-提供拓扑优化的三维(3D)建模部件；

-计算包含拓扑优化的3D建模部件的边界体积；

-定义铣削工具的铣削方向；