[发明专利]面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法及系统，包括：构造零件的隐式水平集函数模型、标示分工序加工区域的水平集子函数、增材头和刀具的参数化隐式水平集函数模型；构造工序规划优化问题模型，以最小化零件分割界面面积为目标函数，以加工完整性、增材头可达性、切削刀具可达性为约束条件；求解工序规划优化问题的目标函数和各约束条件的敏感度信息，进而获得标示分工序加工区域的水平集子函数的演化速度场；更新标示分工序加工区域的水平集子函数，并进行工序合并的判断与操作，进而实现增减交替工序的演化及合并更新；检查收敛条件，以符合收敛条件的最优解为所获得的增减交替加工序列。

技术领域

本发明涉及一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法及系统，属于增减材复合制造领域。

背景技术

增减材复合制造技术(Additive/Subtractive Hybrid Manufacturing)是基于增材制造技术和CNC减材制造技术提出的一种先进复合制造技术。由于增减材复合制造技术融合了增材与减材制造工艺，故而该技术兼顾增材与减材制造工艺的优点，一次装夹可实现多特征、多形面的增减一体化制造，能够直接获得结构复杂、形状精度和表面质量高的机械零件，在航空航天、核能、石油、生物医药等国民经济重要领域有广阔的应用前景。

目前，增减材复合制造增减交替工序规划方法的发展不足是制约增减材复合制造技术发展的重要瓶颈问题。现有的增减交替工序规划方法自动化程度低，如主流的NXHybrid Additive Manufacturing Software为增或减提供了有力的工艺规划能力，但零件的分割和增减交替工序的排列依赖于使用者的手动操作，极大地制约了增减材工艺的复杂件加工能力。因此研发一种增减材复合制造增减交替工序的自动规划方法具有重要意义。

目前，关于增减材复合制造增减交替工序规划的方法以基于2.5D特征的零部件为对象，对其进行增减特征的识别与分解，然后以时间或成本为目标进行增减交替加工顺序的排列。上述方法应用对象几何构形简单，特征识别与分解等关键步骤需要大量人工介入，自动化程度低。因此，增减交替工序的自动规划是发展增减材复合制造技术所面临的核心问题。

发明内容

针对现有工序规划方法存在的问题，本发明提供一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法、系统，能够为具有任意拓扑形体的复杂结构零件提供可行的增减交替工序规划方案。

为实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提出了一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划方法，包括以下步骤：

建立目标零件的隐式水平集函数模型，在所述模型内部构造标示分工序加工区域的若干有序水平集子函数；建立增材头和刀具的参数化隐式水平集函数模型；

构造工序规划优化问题模型，以最小化零件分割界面面积为目标函数，以加工完整性、增材头可达性、切削刀具可达性为约束条件；

求解所述目标函数和各约束条件的敏感度信息，进而获得标示分工序加工区域的水平集子函数的演化速度场；

基于演化速度场，更新标示分工序加工区域的水平集子函数，并进行工序合并的判断与操作，进而实现增减交替工序的演化及合并更新；

检查收敛条件，以符合收敛条件的最优解为所获得的增减交替加工序列。

第二方面，本发明还提出了一种面向增减材复合制造的增减交替工序自动规划系统，包括以下步骤：

第一模块，被配置为构造零件的隐式水平集函数模型、标示分工序加工区域的水平集子函数、增材头、刀具的参数化隐式水平集函数模型；

第二模块，被配置为构造工序规划优化问题模型，以最小化零件分割界面面积为目标函数，以加工完整性、增材头可达性、切削刀具可达性为约束条件；