复杂结构件增减材混合加工方法

摘要

增减材混合加工融合增材加工和减材加工的优势，是解决复杂结构零件加工的一种有效手段。五轴联动增减材混合加工采用五轴打印和五轴切削，具有更好的加工灵活性，是增减材混合加工的重要研究趋势。而如何定义五轴联动增减材混合加工模式下刀具的可达性以及如何规划加工工艺是需要突破的关键技术。针对以上问题，论文对复杂结构件增减材混合加工方法进行了深入研究，主要创新点如下： （1）研究了五轴联动增减材混合加工的刀具可达性建模方法。针对五轴联动增减材混合加工模式下打印方向变化带来的可打印性和干涉问题，基于高斯球与光投影法对打印头和切削刀具的可达性进行分析，建立了五轴联动增减材混合加工模式下刀具可达性模型，为研究复杂结构件五轴联动增减材混合加工序列规划奠定了基础。 （2）提出了一种复杂结构件五轴联动增减材混合加工序列规划方法。针对五轴联动增减材混合加工模式下打印方向和可加工性相互影响带来的加工序列规划难题，基于迭代搜索法对零件进行初始打印方向决策，并对零件体进行粗分解，构建初始混合加工序列，进而在刀具可达性的约束下，基于贪心算法实现了混合加工序列的整体规划。 （3）设计并搭建了基于5+1轴的增减材集成混合加工验证平台，使用导轨机构将3D打印挤出机与雕刻机加工主轴集成为一体，打印与切削在同一空间内工作，切换加工模式时无需更换刀具和喷嘴，实现了增材加工和减材加工的交替进行。 （4）基于以上研究开发了复杂结构件五轴联动增减材混合加工软硬件系统，并通过航空典型复杂结构件进行了实验验证。

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