【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及先进制造的成形轨迹规划方法，尤其是涉及了一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法。
技术介绍
1、在传统的数控机床加工中，如铣床、车床加工等，刀具的轨迹优化是在制造业中日益受到关注的重要领域，是机械工业软件中顶层概念设计或方案演化的重要考量。刀具轨迹优化是以加工效率为主要目标，考虑到精度、工艺和资源利用等领域的综合优化技术。同时，现代制造业的历次变革也不断推动着以数控机床为平台的刀具轨迹优化方向。例如，复杂工件、高精度加工和大规模定制化需求的出现，要求刀具在高速加工的同时尽量减少跳转轨迹的产生，以同时保证精度和制造效率。
2、与此同时，自19世纪80年代以来，3d打印(3d printing)或增材制造(additivemanufacturing，am)技术不断发展，其是一种以多层堆积制造为方法的先进制造和成形工艺，对于常用的基于线扫描的增材制造工艺，如熔融沉积成形(fused depositionmodeling,fdm)、熔丝制造(fused filament fabrication,fff)、选择性激光熔化(selective laser melting,slm)、选择性激光烧结(selective laser sintering,sls)、光固化成型(stereolithography,sla)等，刀具(激光或执行器)会沿着预先设计的成形轨迹进行扫描打印并使材料固化成形。然而在打印生物医药等领域的复杂多空隙超材料，或是航空航天等领域的大型构件时，这种扫描-堆积工艺的加工时间较长，成形效率不高
3、目前，常见的数控加工轨迹优化主要分为两个方向。一种是对成形轨迹总长度进行优化，在材料成形区域内取到足够多的点或线段并考虑如何将其连接和遍历，建立旅行商问题模型或乡村邮递员问题模型，将成形轨迹总长度作为目标函数，添加不同的约束条件后使用启发式算法求得最优或近似最优解。这种方法虽然减少了成形总长度，但是由于求解的点/弧数量巨大，通常需要在求解时间和优化效果之间进行权衡，且由于将加工行程和非加工跳转轨迹合并考虑，随机出现的空行程-加工行程切换和无法预先定位的残留物位置，都有可能极大地影响最终的制造效率和质量。另一种是先对不同的成形步骤进行分类，以及不同的成形区域进行分区，再优化求解的过程。将每层的成形对象分类为轮廓、填充区域、非连通区域等不同的任务单元，控制不同制造单元之间的起始点和衔接点，分别进行优化。这种策略在保证了制造质量的同时(可控的残留物)，还避免了算法过长的求解时间，并提供了更灵活的参数调整空间。目前，对于有多连通域的成形对象，可采用轮廓偏置和填充的混合成形策略。通过确定轮廓起点的位置shellsp(shellsp.x,shellsp.y)，来确定各个轮廓的过渡时序。
4、有些学者针对该类线扫描成形规划问题提出了相应的优化算法。例如，美国橡树岭国家实验室的研究人员(thompson b,yoon h-s.efficient path planning algorithmfor additive manufacturing systems[j].ieee transactions on components,packaging and manufacturing technology,2014,4(9):1555-1563)开发了一种针对xy运动台进行优化的轨迹规划算法，以应对气溶胶恒定速度成形的需求，从而最小化了材料浪费。美国麻省理工学院的研究人员介绍了图论模型在成形轨迹规划上的应用，并提出了一种基于rpp模型的单线宽网格填充成形制造的方法，优化了在给定网格上的成形轨迹。来自意大利unimore大学的研究人员(iori m,novellani s.optimizing the nozzle path inthe3d printing process[c]//proceedings of the design tools and methods inindustrial engineering 2019.modena,italy:springer,2020:912-924)使用不同的整数线性规划和启发式算法优化了成形轨迹，并比较了不同算法间计算时间和优化结果的差异。
5、美国专利(nomura t,dede e m.method of tool path generation foradditive manufacturing with vector distribution[z].google patents.2021)提供了一种用于纤维复合零件成形制造的优化方法，通过结构力学算法优化模型，并提供拓扑优化的纤维复合零件设计，实现各向异性的优化轨迹。
6、美国专利(lewicki j,compel w,tortorelli d,et al.optimal toolpathgeneration system and method for additively manufactured composite materials[z].google patents.2021)利用优化子系统和水平集函数轮廓，针对每层零件实现工具轨迹优化，以在逐层添加制造过程中控制打印组件的运动，从而最大化零件制造的效率和精度。
7、美国专利(kniola r,d.method for calculating a path inadditive manufacturing[z].google patents.2019)提出了一种用于hilbert曲线计算填充轨迹并分析轮廓的方法，以获得合理的成形轨迹。
8、这些方法有各自的优点和适用范围，但是仍有一些局限性，尤其是在轮廓和填充/面加工轨迹的规划上，并没有做到很好的区分和相互结合，特别是在多孔材料或复杂孔洞表面的成形和加工上，难以实现较好的优化结果和较快的计算效率，还缺少支持问题重构与方案演化的数控加工轨迹时序规划方法。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的问题，为了改善在数控加工过程中的加工或成形效率，使得工件的生产效率进一步提高。本专利技术提供了一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法。针对数控成形的表面加工和多孔材料的增材制造刀具移动过程，实现以减小跳转轨迹为导向的加工轨迹优化算法，具有高效性和优化结果较好的优势。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、步骤一：对待加工件的原始数据点集进行分类后，获得待加工件的各待加工面对应的原始轮廓数据，确定待加工件的初始待加工面；
4、步骤二：根据当前待加工面的原始轮廓数据，结合导向混合图生成当前待加工面的轮廓加工轨迹；
5、步骤三：基于当前待加工面在轮廓加工时的最小跳转轨迹以及当前待加工面的原始轮廓数据，结合导向混合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述待加工面具体为3D打印中加工层或者数控机床中的加工表面。
3.根据权利要求1所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤一中，每个待加工面的原始轮廓数据由各不连通域的加工外轮廓点集和内部孔洞轮廓点集组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤二具体为：
5.根据权利要求4所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤2.1中，利用结合最近邻原则的启发式方法初步解算出当前待加工面的轮廓加工顺序和各轮廓点集对应的起点、终点。
6.根据权利要求4所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤2.2中，以不同轮廓点集间的Euclidean距离作为成本，建立无向图，在轮廓加工起点和所有轮廓点集中建立有向图，从而获得第一导向混合图模型。p>
7.根据权利要求4所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤2.3中，对于每个轮廓点集，遍历计算该轮廓点集中每个点与前后相邻的2个轮廓点集的起点之间的距离和，将该轮廓点集中距离和最小的点作为该轮廓点集的起点。
8.根据权利要求1所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤三具体为：
9.根据权利要求8所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤三中，以各分割子轨迹端点间的Euclidean距离作为成本，建立无向图，在面加工轨迹的起点Fillsp和各分割子轨迹的端点中建立有向图，从而获得第二导向混合图模型。
...【技术特征摘要】
1.一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述待加工面具体为3d打印中加工层或者数控机床中的加工表面。
3.根据权利要求1所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤一中，每个待加工面的原始轮廓数据由各不连通域的加工外轮廓点集和内部孔洞轮廓点集组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤二具体为：
5.根据权利要求4所述的一种基于导向混合图的数控加工轨迹时序规划方法，其特征在于，所述步骤2.1中，利用结合最近邻原则的启发式方法初步解算出当前待加工面的轮廓加工顺序和各轮廓点集对应的起点、终点。
6.根据权利要求4所述的一种基于导向混合图的数控加工轨...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐敬华，陈诚，张树有，谭建荣，刘晓健，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。