[發(fā)明專利]多階段增量片材成形系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110375164.2
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113536471A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設計）人: M·C·埃爾福德
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F16/25
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 董巍

一種多階段增量片材成形系統(tǒng)，包括成形工具以及與成形工具通信的至少一個控制單元。所述至少一個控制單元被配置為確定要由成形工具形成的目標結(jié)構(gòu)的凸包。所述至少一個控制單元進一步被配置為根據(jù)第一工具路徑相對于初始結(jié)構(gòu)操作成形工具，以形成具有基于目標結(jié)構(gòu)的凸包的形狀的中間結(jié)構(gòu)。所述至少一個控制單元進一步被配置為根據(jù)第二工具路徑相對于中間結(jié)構(gòu)操作成形工具，以將一個或多個向內(nèi)特征形成到中間結(jié)構(gòu)中以形成目標機構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開的實施例總體上涉及多階段增量片材成形系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

某些結(jié)構(gòu)是通過增量片材成形而形成的。特別地，增量片材成形提供了一種由金屬形成薄結(jié)構(gòu)的方法。成形工具通常包括光滑的、鈍的操作頭，該操作頭抵靠懸掛在夾具、治具或類似中的片材金屬的表面被推壓或其他方式定位，以提供改進的三維形狀。

在增量片材成形過程中，成形工具(例如成形觸針)橫穿工具路徑，以增量地方式使空白的金屬板變形。通常由要形成的零件的幾何形狀的水平截面堆棧生成工具路徑，已知這被作為Z層工具路徑。

增量片材成形過程已知對局部壁傾斜角度敏感。通常，具有從水平面平面起陡峭超過60度的壁角度的結(jié)構(gòu)通常不是用于增量片材成形的可行候選。在60度或更大處，通過增量片材成形過程形成的金屬板通常變薄至原始厚度的大約一半。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，嘗試通過增量片材成形來形成這種結(jié)構(gòu)具有撕裂材料陡峭的壁的風險。

總體而言，當將使用的單階段增量片材成形應用于具有諸如在陡峭的壁(例如，以至少60度的角度形成的壁)上形成的穴、內(nèi)凹和類似特征的零件，則經(jīng)常是不成功的。使用Z層工具路徑接近，陡峭的壁會在成形過程中引起過度變薄，從而導致(或至少會有風險導致)撕裂材料片材。具有60度或更大的壁角的結(jié)構(gòu)通常不適合增量片材成形。

發(fā)明內(nèi)容

存在通過增量片材成形來形成具有陡峭的壁(例如，以60度或更大成角度的壁)的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法的需求。進一步，存在在陡峭的角度(例如，60度或更大)處不易于損壞(例如，撕裂)結(jié)構(gòu)材料的增量片材成形系統(tǒng)和方法的需求。

考慮到那些需求，本公開的某些實施例提供了一種多階段增量片材成形系統(tǒng)，其包括成形工具以及與所述成形工具通信的至少一個控制單元。所述至少一個控制單元被配置為確定由成形工具形成的目標結(jié)構(gòu)的凸包。所述至少一個控制單元被配置為根據(jù)第一工具路徑相對于初始結(jié)構(gòu)操作成形工具，以形成具有基于目標結(jié)構(gòu)的凸包的形狀的中間結(jié)構(gòu)。所述至少一個控制單元被配置為根據(jù)第二工具路徑相對于中間結(jié)構(gòu)操作成形工具，以將一個或多個向內(nèi)特征形成到中間結(jié)構(gòu)中以形成目標結(jié)構(gòu)，其中第二工具路徑不同于第一工具路徑。

在至少一個實施例中，所述至少一個控制單元包括：工具路徑生成控制單元，其被配置為確定至少一個工具路徑；工具路徑生成控制單元，其被配置為確定目標結(jié)構(gòu)的凸包；以及成形控制單元，其被配置為操作成形工具。

在至少一個實施例中，所述至少一個控制單元包括：工具路徑生成控制單元，其被配置為基于含有目標結(jié)構(gòu)的所有點的最小凸集確定目標結(jié)構(gòu)的凸包。

在至少一個實施例中，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫與所述至少一個控制單元通信。該結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫存儲目標數(shù)據(jù)，該目標數(shù)據(jù)包括與目標結(jié)構(gòu)的幾何表示有關(guān)的信息，諸如目標結(jié)構(gòu)的大小、目標結(jié)構(gòu)的形狀、目標結(jié)構(gòu)的一個或多個向內(nèi)特征以及包括工具形狀、工具大小和工具進給速率的制造數(shù)據(jù)。

在至少一個實施例中，所述至少一個控制單元包括：工具路徑生成控制單元，其包括凸包確定模塊，該凸包確定模塊分析與目標結(jié)構(gòu)有關(guān)的目標數(shù)據(jù)并且基于目標數(shù)據(jù)確定目標結(jié)構(gòu)的凸包。

在至少一個實施例中，所述至少一個控制單元包括工具路徑生成控制單元，該工具路徑生成控制單元包括凸包工具路徑生成模塊，該凸包工具路徑生成模塊基于確定的凸包確定第一工具路徑。成形控制單元根據(jù)第一工具路徑相對于初始結(jié)構(gòu)操作成形工具，以形成具有基于目標結(jié)構(gòu)的凸包的形狀的中間結(jié)構(gòu)。如示例，第一工具路徑是Z層工具路徑。