CN114819559A - 一种复杂结构件增减材制造工序规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，包括：将复杂结构件的全部空心腔体进行实心化；确定实心化后的复杂实心结构件的特征分割位置，确定整体分割方案，并且对特征分割位置进行调整、合并，得到最优工序规划；将复杂结构件中所含的全部空心腔体划分为空心柱体和空心球体两种，进行特征分割，确定空心腔体分割方案，实现空心腔体的工序预规划；得到复杂结构件的完整分割方案；得到含有空心腔体的复杂结构件的最优化的增减材制造工序规划方案。本发明可以实现含有空心腔体的复杂结构件最优化的增减材制造工序规划，解决了增减材制造复杂空心结构件中的复杂工序问题，具有在保证高精度的要求下提高效率和加工质量的优点。

Description

一种复杂结构件增减材制造工序规划方法

技术领域

本发明属于增减材制造技术领域，具体涉及一种复杂结构件增减材制造工序规划方法。

背景技术

随着人们对产品性能要求的不断提高，零件结构日趋复杂，加工精度要求日益提高，零件价值愈发高昂。在许多重要的领域如航空航天、船舶、汽车、能源，复杂结构件均得到了泛的应用。针对该类零件的制造工艺通常需要高度定制化，往往会伴随着诸如产品迭代周期长、制造成本高一系列问题。针对富有狭长、窄槽、深腔特征或对加工刀轨模式有特定要求的复杂结构件的加工，若仅按照最佳性能设计去加工，往往会存在严重的刀具干涉问题，造成零件无法加工，只能通过适当更改设计来保证零件能够被实际加工出来，却难以实现零件的最佳性能。

截至目前，工业界已经成功研制出了数款商用化混合制造设备。然而，针对复杂结构件增减材混合制造工艺规划方面的研究还鲜有进展。因为刀具在加工过程中，其刀轴方向受到环境障碍物约束，刀轴方向的规划须避免与已成形工件之间的干涉。增减材工序规划问题是制约复杂结构件混合制造技术发展的关键技术之一。现有的增减材混合制造方法大致可以分为先整体增材后减材与增减材交替进行两种制造模式，但前者相对而言只适用于几何结构相对简单的零件。对于结构复杂且表面精度要求高的零件，可采用先材料堆叠后切削的多段分步交替混合制造工艺，在干涉障碍物未成形之前先对已成形部分进行精加工切削，既缓解了加工复杂内腔特征时的刀具干涉问题，又可以保证零件表面的精度要求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，可以实现含有空心腔体的复杂结构件最优化的增减材制造工序规划，解决了增减材制造复杂空心结构件中的复杂工序问题，具有在保证高精度的要求下提高效率和加工质量的优点。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，包括如下步骤：

S1：将给定含有空心腔体的复杂结构件中所含的全部空心腔体进行实心化；

S2：将实心化后的复杂实心结构件上根据干涉碰撞情况找到干涉碰撞交接处的位置作为特征分割位置，根据特征分割位置确定整体分割方案，并且对特征分割位置进行调整、合并，得到最优工序规划；

S3：将给定含有空心腔体的复杂结构件中所含的全部空心腔体划分为空心柱体和空心球体两种；

S4：对空心柱体和空心球体这两种空心腔体分别进行单独的特征分割，对特征分割位置进行调整、合并，确定空心腔体分割方案，实现空心腔体的工序预规划；

S5：将整体分割方案和空心腔体分割方案进行合并得到含有空心腔体的复杂结构件的完整分割方案；

S6：基于完整分割方案，对含有空心腔体的复杂结构件的增减材制造工序序列的执行顺序进行调整、合并，以减少增材打印头和减材切削刀具的切换次数，得到含有空心腔体的复杂结构件的最优化的增减材制造工序规划方案。

进一步地，所述步骤S1具体为：

在交互式CAD/CAM系统NX中输入含有空心腔体的复杂结构件的STL模型，如果含有空心腔体的复杂结构件中腔体分界都比较清晰，则采用NX同步建模技术，在NX“菜单”选项下拉栏中选择“插入”，选择“同步建模”中的“删除面”功能，然后在状态栏上的“面规则”里选择“凸台面或腔面”，然后选择要进行实心化的空心腔体进行删除；如果含有空心腔体的复杂结构件中腔体分界不清晰，则添加腔体分界线，使含有空心腔体的复杂结构件中腔体分界清晰，再采用NX同步建模技术，在NX“菜单”选项下拉栏中选择“插入”，选择“同步建模”中的“删除面”功能，然后在状态栏上的“面规则”里选择“凸台面或腔面”，然后选择要进行实心化的空心腔体进行删除；高效快速地将含有空心腔体的复杂结构件中的全部空心腔体实心化，以实现对实心化后的复杂实心结构件进行整体工序规划。

进一步地，所述步骤S2包括如下过程：

A1：在实心化后的复杂实心结构件上根据模拟生成的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况找到干涉碰撞交接处的位置作为特征分割位置，将复杂实心结构件分割成多个子特征结构，以在复杂实心结构件中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削；

A2：将得到的多个子特征结构进行工序序列排序，来确定整体分割方案并且根据特征分割位置对多个子特征结构进行调整、合并，以保证复杂实心结构件的分割次数最少，得到最优工序规划。

进一步地，所述步骤A1具体为：对实心化后的复杂实心结构件进行增材打印头和减材切削刀具的可达性评估，根据可达性评估对实心化后的复杂实心结构件上增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况进行分析，找到n处干涉碰撞，将干涉碰撞交接处的位置作为特征分割位置，将复杂实心结构件分割成f个子特征结构，以在复杂实心结构件中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削。

进一步地，所述步骤A2具体为：

A2-1：将得到的f个子特征结构的2f道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行初始工序序列排序，构成初始工序序列集合Pro·seq，如以下公式(1)所示：

Pro·seq＝{IN1,DE₁,IN₂,DE₂,…,IN_m,DE_m,…,IN_f,DE_f|m＝1,2,…,f}

(1)

式中，Pro·seq为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列集合，IN_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的增材工序，DE_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的减材工序，m为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第m个子特征结构，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

A2-2：得到初始工序序列集合后检查按照此初始工序序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到步骤A1根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到初始工序序列集合后检查按照此初始工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则能够确定整体分割方案，在当前方案下根据特征分割位置对f个子特征结构进行调整、合并，以保证复杂实心结构件的分割次数最少，得到最优工序规划。

进一步地，所述步骤A2-2中最优工序规划的获取方法为：

初始工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·T，如以下公式2所示：

Swithing·T＝2f-1 (2)

式中，Swithing·T为代指初始工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对f个子特征结构进行调整、合并后，以保证复杂实心结构件的分割次数最少；将得到的f个子特征结构的2f道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行最优工序序列排序，构成最优工序序列集合Pro·seq*，如以下公式3所示：

式中，Pro·seq*为代指实心化后的复杂实心结构件上的最优工序序列集合，IN_ab为代指实心化后的复杂实心结构件中第a组增材过程中的第b个子特征工序，DE_ab为代指实心化后的复杂实心结构件中第a组减材过程中的第b个子特征工序，p₁为代指实心化后的复杂实心结构件中第一组增材过程中原有的子特征个数，p_i为代指实心化后的复杂实心结构件中第i组增材过程中原有的子特征个数，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·T*，如以下公式4所示：

Swithing·T*＝2i-1 (4)

式中，Swithing·T*为代指最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，i为最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且i＜f；

得到最优工序序列排序以保证得到最优工序规划。

进一步地，所述步骤S4中对空心柱体和空心球体这两种空心腔体分别进行单独的特征分割具体为：

对空心柱体的特征分割：对空心柱体首先沿空心柱体的中心轴所在平面进行竖切作为初步特征分割，此时得到对称的两部分，选定贴近加工平台的那一半部分的空心柱体先进行增材，如果空心柱体的长度较短或者空心柱体壁厚较薄，对后增材的另一半空心柱体直接进行增材不存在明显的干涉碰撞，则不再进行下一步特征分割；如果空心柱体的长度较长或者空心柱体壁厚较厚，对后增材的另一半空心柱体直接进行增材存在明显的干涉碰撞，则对后增材的另一半空心柱体再根据刀具可达性范围进行平切特征分割，划分为等长的柱段，直至对后增材的另一半空心柱体直接进行增材不存在明显的干涉碰撞；

对空心球体的特征分割：沿空心球体平行于加工平台并且经过球心的平面进行分割作为初步特征分割(如果为椭球体则首先经过过长轴的平面进行初步特征分割)，此时得到两个对称的空心半球，选定贴近加工平台的那一半空心半球先进行增材，然后对后增材的另一空心半球再沿垂直于半球平面并且经过空心半球的中心轴的平面进行特征分割，将另一空心半球分割为两半，即为原空心球体的1/4。

进一步地，所述步骤S4中空心腔体分割方案的确定方法为：

在上述划分的基础上，由于实际存在的空心腔体的会存在不完全规则性，再根据对两种空心腔体模拟生成的增材打印头和减材切削刀具仍然存在的干涉碰撞情况找到干涉碰撞交接处的位置作为进一步的特征分割位置，将每个空心腔体分割成h个子特征结构，以在每个空心腔体中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削，来确定每个空心腔体分割方案。

进一步地，所述步骤S4中空心腔体的工序预规划方法为：

将得到的每个空心腔体的h个子特征结构的2h道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行空心腔体的工序预规划，构成工序预规划序列集合Seq，如以下公式(5)所示：

Seq＝{HIN_i，HDE_i，HIN₂，HDE₂，…，HIN_k，HDE_k，…，HIN_h，HDE_h|k＝1，2，...，h}

(5)

式中，Seq为代指空心腔体的工序预规划序列集合，HIN_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的增材工序，HDE_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的减材工序，k为代指空心腔体的工序预规划序列中第k个子特征结构，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

得到空心腔体的工序预规划序列集合后检查按照此工序预规划序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到之前步骤根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到空心腔体的工序预规划序列后检查按照此初始工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则能够确定每个空心腔体分割方案，在当前方案下根据特征分割位置对h个子特征结构进行调整、合并，以保证每个空心腔体的分割次数最少；

空心腔体的工序预规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·Y，如以下公式(6)所示：

Swithing·Y＝2h-1 (6)

式中，Swithing·Y为代指空心腔体的工序预规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对h个子特征结构进行调整、合并后，以保证每个空心腔体的分割次数最少；将得到的h个子特征结构的2h道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行空心腔体的最优工序序列排序，构成空心腔体的最优工序序列集合Seq*，如以下公式(7)所示：

式中，Seq*为代指空心腔体的最优工序序列集合，HIN_rs为代指空心腔体中第r组增材过程中的第s个子特征工序，HDE_rs为代指空心腔体中第r组增材过程中的第s个子特征工序，z₁为代指空心腔体中第一组减材过程中原有的子特征个数，z_j为代指空心腔体中第j组增材过程中原有的子特征个数，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

空心腔体的最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·Y*，如以下公式8所示：

Swithing·Y*＝2j-1 (8)

式中，Swithing·Y*为代指空心腔体的最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，j为空心腔体的最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且j＜h；

得到空心腔体的最优工序序列排序以保证得到最优工序规划。

进一步地，所述步骤S5具体为：

根据得到的整体分割方案中原为空心腔体的实心结构部分还原成空心腔体，并代入得到的空心腔体分割方案，进行合并，从而将含有空心腔体的复杂结构件分割成g个子特征结构，以在含有空心腔体的复杂结构件中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削，来确定含有空心腔体的复杂结构件完整分割方案。

进一步地，所述步骤S6具体为：

在含有空心腔体的复杂结构件的最终分割方案确立后，将得到的含有空心腔体的复杂结构件的g个子特征结构的2g道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划，构成完整工序规划序列集合FullSeq，如以下公式9所示：

式中，FullSeq为代指含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列集合，IN_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的增材工序，DE_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的减材工序，m为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第m个子特征结构，k为代指空心腔体的工序预规划序列中第k个子特征结构，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数，HIN_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的增材工序，HDE_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的减材工序，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

得到含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列集合后检查按照此完整工序规划序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到之前步骤根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列后检查按照此完整工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，在当前方案下根据特征分割位置对g个子特征结构进行调整、合并，以保证含有空心腔体的复杂结构件的分割次数最少，则能够确定含有空心腔体的复杂结构件的最终分割方案；

得到含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·W，如以下公式(10)所示：

Swithing·W＝2g-1 (10)

式中，Swithing·W为代指含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，g为含有空心腔体的复杂结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对g个子特征结构进行调整、合并后，以保证含有空心腔体的复杂结构件的分割次数最少；将得到的g个子特征结构的2g道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序，构成含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列集合FullSeq*，如以下公式11所示：

式中，FullSeq*为代指含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列集合，ZIN_tu为代指含有空心腔体的复杂结构件中第t组增材过程中的第u个子特征工序，ZDE_tu为代指含有空心腔体的复杂结构件中第t组减材过程中的第u个子特征工序，e₁为代指含有空心腔体的复杂结构件中第一组增材过程中原有的子特征个数，e_l为代指含有空心腔体的复杂结构件中第l组增材过程中原有的子特征个数，g为含有空心腔体的复杂结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·W*，如以下公式(12)所示：

Swithing·W*＝2l-1 (12)

式中，Swithing·W*为代指含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，l为含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且l＜g；

得到含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序以得到最终最优工序规划，得到含有空心腔体的复杂结构件的最优化的增减材制造工序规划方案。

本发明提供了一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，对于目前已有的在应用领域普遍采用保守工序划分方法，将零件划分为均匀厚度切片，而后针对每一切片采用增材-减材工序交替的方式来进行制造，且只考虑零件体是完全实体的情况，不考虑零件体中存在中空结构的情况。

本发明方法可以实现含有空心腔体的复杂结构件最优化的增减材制造工序规划，具有在保证高精度的要求下提高效率和加工质量的优点。根据增减材制造对精度效率要求较高的特点，选用本发明公开方法对含有空心腔体的复杂结构件进行增减材制造工序规划，保证无任何刀具干涉前提下，减少工序切换次数，节约成本和时间，提升零件的功能特性，提高增减材制造工序规划的普适性。

有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：

1、保证无任何刀具干涉前提下，减少工序切换次数，从而节省了工序交替耗费的大量准备及换刀时间，提高了工艺效率。

2、由于工序交替的减少，减少了零件表面产生的大量接刀痕，从而提高了表面质量，提升了零件的功能特性。

3、能够对含有空心腔体的复杂结构件进行增减材制造工序规划，从而提高了增减材制造工序规划的普适性。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型图；

图3是本发明实施例提供的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中的空心柱体图；

图4是本发明实施例提供的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中的空心球体图；

图5是本发明实施例提供的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中空心腔体的特征分割图；

图6是本发明实施例提供的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终工序显示图；

图7是本发明实施例提供的按现有方法对含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的空心腔体进行工序规划耗时图；

图8是本发明实施例提供的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的空心腔体进行最优工序规划耗时图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明提供一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：将给定含有空心腔体的复杂结构件中所含的全部空心腔体进行实心化；

S2：将实心化后的复杂实心结构件上根据干涉碰撞情况找到干涉碰撞交接处的位置作为特征分割位置，根据特征分割位置确定整体分割方案，并且对特征分割位置进行调整、合并，得到最优工序规划；

S3：将给定含有空心腔体的复杂结构件中所含的全部空心腔体划分为空心柱体和空心球体两种；

S4：对空心柱体和空心球体这两种空心腔体分别进行单独的特征分割，对特征分割位置进行调整、合并，确定空心腔体分割方案，实现空心腔体的工序预规划；

S5：将整体分割方案和空心腔体分割方案进行合并得到含有空心腔体的复杂结构件的完整分割方案；

S6：基于完整分割方案，对含有空心腔体的复杂结构件的增减材制造工序序列的执行顺序进行调整、合并，以减少增材打印头和减材切削刀具的切换次数，得到含有空心腔体的复杂结构件的最优化的增减材制造工序规划方案。

本实施例还提供一种复杂结构件增减材制造工序规划系统，该系统包括网络接口、存储器和处理器；其中，网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，实现信号的接收和发送；存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；处理器，用于在运行计算机程序指令时，执行上述共识方法的步骤。

本实施例还提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现以上所描述的方法。所述计算机可读介质可以被认为是有形的且非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩膜只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)等。计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

基于上述方案，本实施例中将上述方案进行实例应用，具体以如图2所示的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型作为应用对象，具体的过程如下：

步骤1：在交互式CAD/CAM系统NX中输入含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的STL模型，含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中腔体分界都比较清晰，则采用NX同步建模技术，在NX“菜单”选项下拉栏中选择“插入”，选择“同步建模”中的“删除面”功能，然后在状态栏上的“面规则”里选择“凸台面或腔面”，然后选择要进行实心化的空心腔体进行删除，高效快速地将含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中的全部空心腔体实心化，以实现对实心化后的复杂实心结构件进行整体工序规划。

步骤2：

2-1)对实心化后的复杂结构件多向钢节点模型进行增材打印头和减材切削刀具的可达性评估，根据可达性评估对实心化后的复杂实心结构件上增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况进行分析，找到n处干涉碰撞，将干涉碰撞交接处的位置作为特征分割位置，将复杂实心结构件分割成f个子特征结构，以在复杂实心结构件中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削；

2-2)将得到的f个子特征结构的2f道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行初始工序序列排序，构成初始工序序列集合Pro·seq，如以下公式(1)所示：

Pro·seq＝{IN₁，DE₁，IN₂，DE₂，…，IN_m，DE_m，…，IN_f，DE_f|m＝1，2，…，f}

(1)

式中，Pro·seq为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列集合，IN_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的增材工序，DE_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的减材工序，m为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第m个子特征结构，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

得到初始工序序列集合后检查按照此初始工序序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到步骤A1根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到初始工序序列集合后检查按照此初始工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则能够确定整体分割方案，在当前方案下根据特征分割位置对f个子特征结构进行调整、合并，以保证复杂实心结构件的分割次数最少，得到最优工序规划。

最优工序规划的获取方法为：

初始工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·T，如以下公式2所示：

Swithing·T＝2f-1 (2)

式中，Swithing·T为代指初始工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对f个子特征结构进行调整、合并后，以保证复杂实心结构件的分割次数最少；将得到的f个子特征结构的2f道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行最优工序序列排序，构成最优工序序列集合Pro·seq*，如以下公式3所示：

式中，Pro·seq*为代指实心化后的复杂实心结构件上的最优工序序列集合，IN_ab为代指实心化后的复杂实心结构件中第a组增材过程中的第b个子特征工序，DE_ab为代指实心化后的复杂实心结构件中第a组减材过程中的第b个子特征工序，p₁为代指实心化后的复杂实心结构件中第一组增材过程中原有的子特征个数，p_i为代指实心化后的复杂实心结构件中第i组增材过程中原有的子特征个数，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·T*，如以下公式4所示：

Swithing·T*＝2i-1 (4)

式中，Swithing·T*为代指最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，i为最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且i＜f；

得到最优工序序列排序以保证得到最优工序规划。

步骤3：将给定含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中所含的全部空心腔体划分为空心柱体和空心球体两种，具体如图3和图4所示；

步骤4：参照图5，对空心柱体和空心球体这两种空心腔体分别进行单独的特征分割具体为：

对空心柱体的特征分割：对空心柱体首先沿空心柱体的中心轴所在平面进行竖切作为初步特征分割，此时得到对称的两部分，选定贴近加工平台的那一半部分的空心柱体先进行增材，如果空心柱体的长度较短或者空心柱体壁厚较薄，对后增材的另一半空心柱体直接进行增材不存在明显的干涉碰撞，则不再进行下一步特征分割；如果空心柱体的长度较长或者空心柱体壁厚较厚，对后增材的另一半空心柱体直接进行增材存在明显的干涉碰撞，则对后增材的另一半空心柱体再根据刀具可达性范围进行平切特征分割，划分为等长的柱段，直至对后增材的另一半空心柱体直接进行增材不存在明显的干涉碰撞；

对空心球体的特征分割：沿空心球体平行于加工平台并且经过球心的平面进行分割作为初步特征分割(如果为椭球体则首先经过过长轴的平面进行初步特征分割)，此时得到两个对称的空心半球，选定贴近加工平台的那一半空心半球先进行增材，然后对后增材的另一空心半球再沿垂直于半球平面并且经过空心半球的中心轴的平面进行特征分割，将另一空心半球分割为两半，即为原空心球体的1/4。

在上述划分的基础上，由于实际存在的空心腔体的会存在不完全规则性，再根据对两种空心腔体模拟生成的增材打印头和减材切削刀具仍然存在的干涉碰撞情况找到干涉碰撞交接处的位置作为进一步的特征分割位置，从而将每个空心腔体分割成h个子特征结构，以在每个空心腔体中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削，来确定每个空心腔体分割方案。

将得到的每个空心腔体的h个子特征结构的2h道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行空心腔体的工序预规划，构成工序预规划序列集合Seq，如以下公式(5)所示：

Seq＝{HIN₁，HDE₁，HIW₂，HDE₂，…，HIN_k，HDE_k，…，HIN_h，HDE_h|k＝1，2，…，h}

(5)

式中，Seq为代指空心腔体的工序预规划序列集合，HIN_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的增材工序，HDE_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的减材工序，k为代指空心腔体的工序预规划序列中第k个子特征结构，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

得到空心腔体的工序预规划序列集合后检查按照此工序预规划序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到之前步骤根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到空心腔体的工序预规划序列后检查按照此初始工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则能够确定每个空心腔体分割方案，在当前方案下根据特征分割位置对h个子特征结构进行调整、合并，以保证每个空心腔体的分割次数最少；

空心腔体的工序预规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·Y，如以下公式(6)所示：

Swithing·Y＝2h-1 (6)

式中，Swithing·Y为代指空心腔体的工序预规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对h个子特征结构进行调整、合并后，以保证每个空心腔体的分割次数最少；将得到的h个子特征结构的2h道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行空心腔体的最优工序序列排序，构成空心腔体的最优工序序列集合Seq*，如以下公式(7)所示：

式中，Seq*为代指空心腔体的最优工序序列集合，HIN_rs为代指空心腔体中第r组增材过程中的第s个子特征工序，HDE_rs为代指空心腔体中第r组增材过程中的第s个子特征工序，z₁为代指空心腔体中第一组减材过程中原有的子特征个数，z_j为代指空心腔体中第j组增材过程中原有的子特征个数，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

空心腔体的最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·Y*，如以下公式(8)所示：

Swithing·Y*＝2j-1 (8)

式中，Swithing·Y*为代指空心腔体的最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，j为空心腔体的最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且j＜h；

得到空心腔体的最优工序序列排序以保证得到最优工序规划。

步骤5：

根据得到的整体分割方案中原为空心腔体的实心结构部分还原成空心腔体，并代入步骤3中得到的空心腔体分割方案，进行合并，从而将含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型分割成g个子特征结构，以在含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削，来确定含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型完整分割方案。

步骤6：

含有空心腔体的复杂结构件的最终分割方案确立后，将得到的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的g个子特征结构的2g道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的完整工序规划，构成完整工序规划序列集合FullSeq，如以下公式9所示：

式中，FullSeq为代指含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的完整工序规划序列集合，IN_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的增材工序，DE_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的减材工序，m为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第m个子特征结构，k为代指空心腔体的工序预规划序列中第k个子特征结构，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数，HIN_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的增材工序，HDE_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的减材工序，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

得到含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的完整工序规划序列集合后检查按照此完整工序规划序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的完整工序规划序列后检查按照此完整工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，在当前方案下根据特征分割位置对g个子特征结构进行调整、合并，以保证含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的分割次数最少，则能够确定含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终分割方案；

得到含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的完整工序规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·W，如以下公式(10)所示：

Swithing·W＝2g-1 (10)

式中，Swithing·W为代指含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的完整工序规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，g为含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对g个子特征结构进行调整、合并后，以保证含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的分割次数最少；将得到的g个子特征结构的2g道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终最优工序序列排序，构成含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终最优工序序列集合FullSeq*，如以下公式(11)所示：

式中，FullSeq*为代指含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终最优工序序列集合，ZIN_tu为代指含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中第t组增材过程中的第u个子特征工序，ZDE_tu为代指含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中第t组减材过程中的第u个子特征工序，e₁为代指含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中第一组增材过程中原有的子特征个数，e_l为代指含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型中第l组增材过程中原有的子特征个数，g为含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·W*，如以下公式(12)所示：

Swithing·W*＝21-1 (12)

式中，Swithing·W*为代指含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，l为含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且l＜g；

得到含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终最优工序序列排序以得到最终最优工序规划，得到含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最优化的增减材制造工序规划方案，具体如图6所示。

为了验证本发明方法的效果，本实施例中将本发明方法和现有方法进行对比，具体如下：

1、对含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型按现有增减材交替进行两种制造模式的方法工序切换次数为19次；按本发明方法得到的含有空心腔体的复杂结构件多向钢节点模型的最终最优工序规划工序切换次数为7次；可见本发明方法能够大幅减少工序切换次数，从而节省了工序交替耗费的大量准备及换刀时间，提高了工艺效率。

2、按现有增减材交替进行两种制造模式的方法对空心腔体进行最优工序规划耗时7分20秒56，具体如图7所示；按本发明方法对空心腔体进行最优工序规划耗时4分37秒29，具体如图8所示。可见本发明方法的最优工序规划耗时要明显少于现有方法，效率更高。

Claims (10)

1.一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将给定含有空心腔体的复杂结构件中所含的全部空心腔体进行实心化；

S2：将实心化后的复杂实心结构件上根据干涉碰撞情况找到干涉碰撞交接处的位置作为特征分割位置，根据特征分割位置确定整体分割方案，并且对特征分割位置进行调整、合并，得到最优工序规划；

S3：将给定含有空心腔体的复杂结构件中所含的全部空心腔体划分为空心柱体和空心球体两种；

S4：对空心柱体和空心球体这两种空心腔体分别进行单独的特征分割，对特征分割位置进行调整、合并，确定空心腔体分割方案，实现空心腔体的工序预规划；

S5：将整体分割方案和空心腔体分割方案进行合并得到含有空心腔体的复杂结构件的完整分割方案；

S6：基于完整分割方案，对含有空心腔体的复杂结构件的增减材制造工序序列的执行顺序进行调整、合并，以减少增材打印头和减材切削刀具的切换次数，得到含有空心腔体的复杂结构件的最优化的增减材制造工序规划方案。

2.根据权利要求1所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下过程：

A1：在实心化后的复杂实心结构件上根据模拟生成的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况找到干涉碰撞交接处的位置作为特征分割位置，将复杂实心结构件分割成多个子特征结构；

A2：将得到的多个子特征结构进行工序序列排序，来确定整体分割方案并且根据特征分割位置对多个子特征结构进行调整、合并，以保证复杂实心结构件的分割次数最少，得到最优工序规划。

3.根据权利要求2所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤A1具体为：对实心化后的复杂实心结构件进行增材打印头和减材切削刀具的可达性评估，根据可达性评估对实心化后的复杂实心结构件上增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况进行分析，找到n处干涉碰撞，将干涉碰撞交接处的位置作为特征分割位置，将复杂实心结构件分割成f个子特征结构，以在复杂实心结构件中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削。

4.根据权利要求3所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：

A2-1：将得到的f个子特征结构的2f道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行初始工序序列排序，构成初始工序序列集合Pro·seq，如以下公式(1)所示：

Pro·seq＝{IN₁，DE₁，IN₂，DE₂，…，IN_m，DE_m，…，IN_f，DE_f|m＝1,2，...，f}

(1)

式中，Pro·seq为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列集合，IN_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的增材工序，DE_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的减材工序，m为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第m个子特征结构，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

A2-2：得到初始工序序列集合后检查按照此初始工序序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到步骤A1根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到初始工序序列集合后检查按照此初始工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则能够确定整体分割方案，在当前方案下根据特征分割位置对f个子特征结构进行调整、合并，以保证复杂实心结构件的分割次数最少，得到最优工序规划。

5.根据权利要求4所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤A2-2中最优工序规划的获取方法为：

初始工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·T，如以下公式2所示：

Swithing·T＝2f-1 (2)

式中，Swithing·T为代指初始工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对f个子特征结构进行调整、合并后，以保证复杂实心结构件的分割次数最少；将得到的f个子特征结构的2f道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行最优工序序列排序，构成最优工序序列集合Pro·seq*，如以下公式3所示：

式中，Pro·seq*为代指实心化后的复杂实心结构件上的最优工序序列集合，IN_ab为代指实心化后的复杂实心结构件中第a组增材过程中的第b个子特征工序，DE_ab为代指实心化后的复杂实心结构件中第a组减材过程中的第b个子特征工序，p₁为代指实心化后的复杂实心结构件中第一组增材过程中原有的子特征个数，p_i为代指实心化后的复杂实心结构件中第i组增材过程中原有的子特征个数，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·T*，如以下公式4所示：

Swithing·T*＝2i-1 (4)

式中，Swithing·T*为代指最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，i为最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且i＜f；

得到最优工序序列排序以保证得到最优工序规划。

6.根据权利要求1所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤S4中对空心柱体和空心球体这两种空心腔体分别进行单独的特征分割具体为：

对空心柱体的特征分割：对空心柱体首先沿空心柱体的中心轴所在平面进行竖切作为初步特征分割，此时得到对称的两部分，选定贴近加工平台的那一半部分的空心柱体先进行增材，如果空心柱体的长度较短或者空心柱体壁厚较薄，对后增材的另一半空心柱体直接进行增材不存在干涉碰撞，则不再进行下一步特征分割；如果空心柱体的长度较长或者空心柱体壁厚较厚，对后增材的另一半空心柱体直接进行增材存在干涉碰撞，则对后增材的另一半空心柱体再根据刀具可达性范围进行平切特征分割，划分为等长的柱段，直至对后增材的另一半空心柱体直接进行增材不存在干涉碰撞；

对空心球体的特征分割：沿空心球体平行于加工平台并且经过球心的平面进行分割作为初步特征分割，此时得到两个对称的空心半球，选定贴近加工平台的那一半空心半球先进行增材，然后对后增材的另一空心半球再沿垂直于半球平面并且经过空心半球的中心轴的平面进行特征分割，将另一空心半球分割为两半，即为原空心球体的1/4。

7.根据权利要求6所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤S4中空心腔体分割方案的确定方法为：

根据对两种空心腔体模拟生成的增材打印头和减材切削刀具仍然存在的干涉碰撞情况找到干涉碰撞交接处的位置作为进一步的特征分割位置，将每个空心腔体分割成h个子特征结构，以在每个空心腔体中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削，来确定每个空心腔体分割方案。

8.根据权利要求7所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤S4中空心腔体的工序预规划方法为：

将得到的每个空心腔体的h个子特征结构的2h道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行空心腔体的工序预规划，构成工序预规划序列集合Seq，如以下公式(5)所示：

Seq＝{HIN₁，HDE₁，HIN₂，HDE₂，…，HIN_k，HDE_k，…，HIN_h，HDE_h|k＝1，2，...，h}

(5)

式中，Seq为代指空心腔体的工序预规划序列集合，HIN_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的增材工序，HDE_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的减材工序，k为代指空心腔体的工序预规划序列中第k个子特征结构，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

得到空心腔体的工序预规划序列集合后检查按照此工序预规划序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到之前步骤根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到空心腔体的工序预规划序列后检查按照此初始工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则能够确定每个空心腔体分割方案，在当前方案下根据特征分割位置对h个子特征结构进行调整、合并，以保证每个空心腔体的分割次数最少；

空心腔体的工序预规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·Y，如以下公式(6)所示：

Swithing·Y＝2h-1 (6)

式中，Swithing·Y为代指空心腔体的工序预规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对h个子特征结构进行调整、合并后，以保证每个空心腔体的分割次数最少；将得到的h个子特征结构的2h道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行空心腔体的最优工序序列排序，构成空心腔体的最优工序序列集合Seq*，如以下公式(7)所示：

式中，Seq*为代指空心腔体的最优工序序列集合，HIN_rs为代指空心腔体中第r组增材过程中的第s个子特征工序，HDE_rs为代指空心腔体中第r组增材过程中的第s个子特征工序，z₁为代指空心腔体中第一组减材过程中原有的子特征个数，z_j为代指空心腔体中第j组增材过程中原有的子特征个数，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

空心腔体的最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·Y*，如以下公式8所示：

Swithing·Y*＝2j-1 (8)

式中，Swithing·Y*为代指空心腔体的最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，j为空心腔体的最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且j＜h；

得到空心腔体的最优工序序列排序以保证得到最优工序规划。

9.根据权利要求1所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：

根据得到的整体分割方案中原为空心腔体的实心结构部分还原成空心腔体，并代入得到的空心腔体分割方案，进行合并，从而将含有空心腔体的复杂结构件分割成g个子特征结构，以在含有空心腔体的复杂结构件中的干涉障碍物未增材成形之前先对已成形部分进行精加工减材切削，来确定含有空心腔体的复杂结构件完整分割方案。

10.根据权利要求1所述的一种复杂结构件增减材制造工序规划方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：

在含有空心腔体的复杂结构件的最终分割方案确立后，将得到的含有空心腔体的复杂结构件的g个子特征结构的2g道工序按照初始增减材制造加工先后顺序进行含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划，构成完整工序规划序列集合FullSeq，如以下公式9所示：

式中，FullSeq为代指含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列集合，IN_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的增材工序，DE_c为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第c个子特征结构的减材工序，m为代指实心化后的复杂实心结构件上的初始工序序列中第m个子特征结构，k为代指空心腔体的工序预规划序列中第k个子特征结构，f为实心化后的复杂实心结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数，HIN_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的增材工序，HDE_d为代指空心腔体的工序预规划序列中第d个子特征结构的减材工序，h为空心腔体进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

得到含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列集合后检查按照此完整工序规划序列进行增材和减材是否还存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，若存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，则回到之前步骤根据当前存在的增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况对特征分割位置进行调整，直至得到含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列后检查按照此完整工序序列进行增材和减材不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况；若不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况，在当前方案下根据特征分割位置对g个子特征结构进行调整、合并，以保证含有空心腔体的复杂结构件的分割次数最少，则能够确定含有空心腔体的复杂结构件的最终分割方案；

得到含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·W，如以下公式(10)所示：

Swithing·W＝2g-1 (10)

式中，Swithing·W为代指含有空心腔体的复杂结构件的完整工序规划序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，g为含有空心腔体的复杂结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

在保证不存在增材打印头和减材切削刀具的干涉碰撞情况下，根据特征分割位置对g个子特征结构进行调整、合并后，以保证含有空心腔体的复杂结构件的分割次数最少；将得到的g个子特征结构的2g道工序重新按照调整、合并后的增减材制造加工先后顺序进行含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序，构成含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列集合FullSeq*，如以下公式11所示：

式中，FullSeq*为代指含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列集合，ZIN_tu为代指含有空心腔体的复杂结构件中第t组增材过程中的第u个子特征工序，ZDE_tu为代指含有空心腔体的复杂结构件中第t组减材过程中的第u个子特征工序，e₁为代指含有空心腔体的复杂结构件中第一组增材过程中原有的子特征个数，e_l为代指含有空心腔体的复杂结构件中第l组增材过程中原有的子特征个数，g为含有空心腔体的复杂结构件进行特征分割之后分割成的子特征结构个数；

含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数为Swithing·W*，如以下公式(12)所示：

Swithing·W*＝2l-1 (12)

式中，Swithing·W*为代指含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序需要切换增材打印头和减材切削刀具的次数，1为含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序中进行一次增材工序与减材工序的组数，并且l＜g；

得到含有空心腔体的复杂结构件的最终最优工序序列排序以得到最终最优工序规划，得到含有空心腔体的复杂结构件的最优化的增减材制造工序规划方案。

Images