一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115740886A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211399894.7(22)申请日2022.11.09(71)申请人首都航天机械有限公司地址100076北京市丰台区南苑警备东路2号(72)发明人李权冯晨王福德陈金存刘琦张睿泽倪江涛罗志伟梁晓康董鹏严振宇高晶李凯金崔保伟马芳(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009专利代理师贾文婷(51)Int.Cl.B23K37/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法(57)摘要本申请公开了一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法，涉及电弧增材制造领域，包括建立悬空结构件的工件坐标系，竖直向上的方向为Z轴，悬空结构件与Z轴正向之间的角度为30°‑90°，对低熔点的悬空结构件的待增材区域，采用平面分层切片方法进行分层切片，并生成三坐标(x，y，z)成形路径；每一层的分层切片，均沿着成形路径进行成形，直到每一层分层切片成形至悬空部位时，沉积头相对于竖直方向倾转30°‑60°，并沿着悬空结构的生长方向指向待成形悬空结构端面。能够对低熔点的大角度悬空结构进行精确成形。CN115740886ACN115740886A权利要求书1/2页1.一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法，其特征在于：包括S1：建立悬空结构件的工件坐标系，竖直向上的方向为Z轴，悬空结构件与Z轴正向之间的角度为30°‑90°，对低熔点的悬空结构件的待增材区域，采用平面分层切片方法进行分层切片，并生成三坐标(x，y，z)成形路径；S2：每一层的分层切片，均沿着成形路径进行成形，直到每一层分层切片成形至悬空部位时，沉积头相对于竖直方向倾转30°‑60°，并沿着悬空结构的生长方向指向待成形悬空结构端面，最终得到成型构件的悬空角度λ＝30°‑60°。2.根据权利要求1所述的一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法，其特征在于：对与Z轴正向之间的角度30°‑60°的所述悬空结构件，S1：采用平面分层切片方法，根据设定层高Lh沿Z向分层切片悬空结构件，求取第1至n层成形路径上各点的x、y、z坐标；S2：遍历第n‑1层的所有坐标点，找出与第n层、第m个坐标点P[n][m](x,y,z)距离最近的2个坐标点P[n‑1][k‑1](x,y,z)、P[n‑1][k](x,y,z)。S3：求P[n][m]坐标点到P[n‑1][k‑1]和P[n‑1][k]连线的垂足坐标P[n‑1][m]。S4：将P[n‑1][m]与P[n][m]的连线方向作为沉积头的悬空角度方向；S5：根据P[n‑1][m]与P[n][m]的坐标，求解P[n‑1][m]与P[n][m]的连线方向矢量Dr[n][m]＝[dx,dy,dz]。3.根据权利要求2所述的一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法，其特征在于：所述沉积头的位姿坐标为(α，β，0)，α为焊枪(沉积头)绕工件坐标系X轴的旋转角度，β为焊枪绕工件坐标系Y轴的旋转角度；焊枪经上述旋转变换后的位姿坐标为(cosα，‑sinα，cosα*cosβ)；根据(cosα，‑sinα，cosα*cosβ)＝[dx,dy,dz]即可求得α、β的具体值。4.根据权利要求1所述的一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法，其特征在于：当所述悬空结构件与Z轴之间的角度为60°‑90°时，悬空结构件与其连接的外壳之间设置斜角支撑部，斜角支撑部从悬空结构件悬空端的下表面开始逐渐向下倾斜延伸至悬空结构件起始端。5.根据权利要求4所述的一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法，其特征在于：对与Z轴正向之间的角度为60°‑90°的所述悬空结构件，沉积头的位姿确定方法如下：Y1：在悬空结构件的下方设计斜角支撑部，斜角支撑部下表面与Z轴之间的角度为λ；Y2：采用平面分层切片方法，根据设定层高Lh沿Z向分层切片悬空结构件，根据设定层高分层切片，求取第1至n层的支撑部分外轮廓的x、y、z坐标；Y3：以第n层的第m个坐标P[n][m]与第m‑1个坐标P[n][m‑1]连线作为第m点的切线方向Tn；Y4：求过第m点，与Tn垂直、与竖直方向夹角为λ的直线Dn；Y5：直线Dn的方向即为焊枪倾转方向，其方向矢量Dr[n][m]＝[dx,dy,dz]。6.根据权利要求5所述的一种大角度悬空结构电弧增材制造路径规划方法，其特征在于：所述沉积头的位姿坐标为(α，β，0)，α为焊枪绕工件坐标系X轴的旋转角度，β为焊枪绕工件坐标系Y轴的旋转角度；2CN115740886A权利要求书2/2页焊枪经上述旋转变换后的位姿坐标为(cosα，‑sinα，cosα*cosβ)；根据(cosα，‑sinα，co