一种复杂零件的高速精密加工方法和装置

摘要

本发明公开了一种复杂零件的高速精密加工方法，包括：获取待加工零件的CAD模型，基于分层切片方法获得实体的切片轮廓，再采用基于活性边表法的轮廓填充算法获得实体轮廓填充路径，根据实体的切片轮廓及该轮廓位置的三角形外法矢方向获得该位置的磨头工作的位置参数及局部加工轨迹，并将各个局部加工轨迹连结，以生成磨头研磨加工路径，采用金属粉末材料用激光束沿实体轮廓填充路径进行激光熔化加工零件单层毛坯，再采用磨头沿研磨加工路径加工获得精加工制件，研磨产生的碎屑可直接供下层制造使用，由此逐层制造直至零件加工完成。本发明能够解决现有精密加工方法难以自动加工表面形状复杂、具备内流道特征的复杂机械零件的技术问题。

主权项

一种复杂零件的高速精密加工方法，其是应用在一种复杂零件的高速精密加工装置中，所述高速精密加工装置包括粉床、铺粉辊、升降工作缸、激光器、光路聚焦器、扫描振镜、磨头、磨头主轴、多轴联动系统以及粉末材料，粉床与加工装置的机身连接，升降工作缸设置于粉床的下部，且其上端面与粉床的上表面平齐，升降工作缸内装有粉末材料和成型制件，并可升降，铺粉辊设置于粉床的上端面，并在粉床的左右来回滚动，用于输送粉末材料到粉床中，并将粉床中的粉末材料铺平，激光器固定在加工装置的机身上，并能在通电后发射出高能激光束，光路聚焦器固定在加工装置的机身上，并设置于扫描振镜和激光器之间，用于聚焦激光器的光斑，使光斑能量密度达到能够熔化粉末材料的要求，扫描振镜固定在加工装置的机身上，并可改变激光器的激光束在粉床上聚焦的位置，磨头安装在磨头主轴的顶端，磨头主轴与多轴联动系统连接，并可随多轴联动系统在6个自由度内运动，以驱动磨头旋转，进而对成型制件进行研磨，多轴联动系统固定在加工装置的机身上，并驱动磨头运动，其特征在于，所述高速精密加工方法包括以下步骤：(1)获取待加工零件的CAD模型，基于分层切片方法将CAD模型从最底层一直分层到最顶层；(2)根据CAD模型中各个三角形面片的连接关系，查找与分层切片相交的三角形序列，并根据这些三角形序列依次将三角形面片与切片平面的交线首尾连接，以获得实体的切片轮廓；(3)采用基于活性边表法的轮廓填充算法对实体的切片轮廓进行处理，以获得实体轮廓填充路径；(4)根据实体的切片轮廓及该轮廓位置的三角形外法矢方向，按照磨头刀位点处必须与该三角形面片相切的原则获得该轮廓位置的磨头工作的位置参数及局部加工轨迹，并将各个局部加工轨迹连接，以生成外轮廓的磨头研磨加工路径；(5)利用铺粉辊在粉床表面均匀地铺上一层金属粉末，其厚度为50微米至200微米；(6)根据步骤(3)中生成的实体轮廓填充路径驱动扫描振镜在粉床上扫描，以对粉床上的金属粉末进行激光熔化；(7)将激光熔化后的金属粉末进行自然冷却，以形成CAD模型的实体部分毛坯；(8)根据步骤(4)中生成的外轮廓的磨头研磨加工路径驱动磨头主轴运动，以对CAD模型的实体部分毛坯的边缘进行高速研磨精加工；(9)在研磨加工完毕后，将粉床降低一定的高度，并重复上述步骤(5)至(8)，直到加工到CAD模型的最顶层为止，从而得到整个零件。