[發(fā)明專利]基于弓形柱體增長模型的五軸增材仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810362323.3
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108595829A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏昌亞;林濤;何姍姍;曾雄志;李振瀚
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發(fā)明公開了一種基于弓形柱體增長模型的五軸增材仿真方法，包括步驟：解析輸入的五軸增材加工軌跡文件，獲取刀位點信息；根據(jù)獲取的刀位點信息建立弓形柱體增長模型，該弓形柱體增長模型由兩部分組成：弓形柱體及其兩端的部分球體；根據(jù)獲取的刀位點信息對相鄰刀位點進行線性插值，計算相鄰插值點之間的增材掃掠體；將增材掃掠體轉(zhuǎn)換為Tri?dexel模型；結(jié)合材料的質(zhì)量守恒定律，對Tri?dexel模型進行布爾求和運算，得到累積Tri?dexel仿真模型；通過三角面片顯示Tri?dexel模型。本發(fā)明可在遵循質(zhì)量守恒定律的條件下，實現(xiàn)增材制造幾何仿真，生成更接近實際加工的仿真模型，且生成的增材成形模型能夠作為毛坯進行減材加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于弓形柱體增長模型的五軸增材仿真方法。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)是指基于離散-堆積原理，通過計算機輔助制造(CAM)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術(shù)。現(xiàn)在主要增材技術(shù)有熔融沉積型(FDM)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、激光工程化凈成形(LENS)、激光選擇性燒結(jié)(SLS)、立體光刻(SLA)。

在發(fā)展較早的減材制造方面，成熟的CAM軟件如NX、CATIA提供復(fù)雜五軸軌跡仿真功能，模擬加工中材料去除過程，并能檢測軌跡加工缺陷如過切、欠切，針對檢測出的缺陷進行軌跡優(yōu)化，提高加工質(zhì)量。在增材制造方面，目前的仿真技術(shù)尚不成熟，針對增材加工仿真的CAM軟件也尚不完善，難以準(zhǔn)確地模擬加工過程中材料逐漸增加的過程。

在增材過程仿真方面，已有的研究使用Dexel和Tri-dexel模型顯示增材仿真成形效果。Dexel模型指在單個方向上對模型進行分解，以Z軸方向為例，在X-Y平面等間距并且平行于Z軸的單向射線群，將仿真模型在X-Y平面均勻離散，得到Z軸方向的Dexel模型。Tri-dexel模型則是沿X、Y、Z三個軸向?qū)⒎抡婺Ｐ头纸猓ㄟ^對相鄰的Dexel射線所包圍的相同屬性的小體素進行合并，將Tri-dexel模型轉(zhuǎn)化為用體素表示的單向Dexel模型，再提取三角面片進行顯示。此方法實現(xiàn)了平面三軸快速原型過程仿真，但還未能解決五軸增材軌跡仿真中出現(xiàn)的問題。

申請?zhí)枮?01710158757.7的中國專利公開了一種基于微觀長方體增長模型的五軸增材過程仿真方法。該發(fā)明建立并優(yōu)化微觀長方體增長模型，分解五軸增材加工軌跡，計算增材掃掠體，轉(zhuǎn)化增材掃掠體為Tri-dexel模型并對累積模型求和，再通過三角面片顯示增材成形模型，實現(xiàn)五軸增材過程仿真。但該方法存在下列三個問題：(1)實際增材加工的單熔覆道軌跡截面更類似于圓的一部分，與長方體模型的矩形截面存在一些差異；(2)在材料累積過程中，仿真模型與實際熔覆道形貌的誤差不斷累積，使得仿真效果對于實際加工的參考價值降低；(3)在累積仿真過程中未考慮加工材料的質(zhì)量守恒。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于弓形柱體的五軸增材仿真方法，其能夠優(yōu)化仿真模型，簡化計算過程，在材料質(zhì)量守恒的情況下實現(xiàn)對實際加工的仿真。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于弓形柱體增長模型的五軸增材仿真方法，包括以下步驟：

步驟(1)：解析輸入的五軸增材加工軌跡文件，獲取刀位點信息；

步驟(2)：根據(jù)獲取的刀位點信息建立弓形柱體增長模型，該弓形柱體增長模型由兩部分組成：弓形柱體及其兩端的部分球體；

步驟(3)：根據(jù)獲取的刀位點信息對相鄰刀位點進行線性插值，計算相鄰插值點之間的增材掃掠體；

步驟(4)：將增材掃掠體轉(zhuǎn)換為Tri-dexel模型；

步驟(5)：結(jié)合材料的質(zhì)量守恒定律，對Tri-dexel模型進行布爾求和運算，得到累積Tri-dexel仿真模型；