一种框类零件制备方法、系统、存储介质及装置与流程

1.本技术涉及激光增材制造技术领域，具体涉及一种框类零件制备方法、系统、存储介质及装置。


背景技术：

2.飞机框类零件多为承力构件，多数为钛合金制件，部分为铝合金制件，目前主流加工方法为从原材料厂采购锻件，通过数控加工得到，对于形状复杂的框梁结构件，需采购模锻件，零件的制备周期长，不利于新项目的快速推进。


技术实现要素：

3.本技术的主要目的在于提供一种框类零件制备方法、系统、存储介质及装置，旨在解决现有技术中框类零件的研制周期长的问题。
4.为了上述目的，本技术的实施例采用的技术方案如下：
5.一种框类零件制备方法，应用于激光成形装置，包括以下步骤：
6.获取目标零件的理论结构的结构信息；
7.根据结构信息，将目标零件进行区域划分，以获取成形面信息；其中，成形面信息包括第一成形面和第二成形面，第一成形面包括目标零件的腹板及腹板的一侧的筋条，第二成形面包括目标零件的腹板的另一侧的筋条；
8.根据成形面信息，获取目标零件的直接沉积工艺信息；其中，目标零件的直接沉积工艺信息包括第一成形面的直接沉积工序以及第二成形面的直接沉积工序，第一成形面的直接沉积工序在第二成形面的直接沉积工序之前；
9.根据目标零件的直接沉积工艺信息，进行激光成形。
10.可选的，获取目标零件的理论结构的结构信息的步骤之前，方法还包括：
11.获取目标零件的实际结构；
12.根据实际结构增加工艺余量，以获取目标零件的理论结构。
13.可选的，成形面信息还包括工艺凸台，工艺凸台与第一成形面连接。
14.可选的，目标零件的直接沉积工艺信息还包括优化工序，优化工序包括过渡圆角的生成以及工艺支撑的添加，其中，工艺支撑的支撑面与直接沉积工艺的成形方向的夹角不大于40度。
15.可选的，目标零件的直接沉积工艺信息还包括切割打磨工序，切割打磨工序在第一成形面的直接沉积工序和第二成形面的直接沉积工序之间，切割打磨工序的步骤包括：
16.将直接沉积成形后的第一成形面从基材上分割；
17.打磨第一成形面被分割后在腹板上形成的切割面，以获取腹板的未成形一侧作为第二成形面的直接沉积的基材。
18.可选的，目标零件的直接沉积工艺信息还包括定位工序，定位工序用于获取第二成形面在基材上的外形轮廓的位置信息，定位工序在第一成形面的直接沉积工序和第二成
形面的直接沉积工序之间。
19.可选的，根据目标零件的直接沉积工艺信息，进行激光成形的步骤之后，方法还包括：
20.获取激光成形后的成形零件的三维扫描信息；
21.根据三维扫描信息判断是否需要进行补充加工。
22.此外，为实现上述目的，本技术还提供一种框类零件制备系统，应用于激光成形装置，系统包括：
23.识别模块，用于获取目标零件的理论结构的结构信息；
24.区分模块，用于根据结构信息对目标零件进行区域划分，以获取成形面信息，其中，成形面信息包括第一成形面和第二成形面；
25.输出模块，用于根据成形面信息获取目标零件的直接沉积工艺信息；
26.执行模块，用于根据直接沉积工艺信息执行沉积操作。
27.此外，为实现上述目的，本技术还提供一种计算机可读存储介质，储存有计算机程序，计算机程序被处理器加载执行时，实现本技术提供的框类零件制备方法。
28.此外，为实现上述目的，本技术还提供一种激光成形装置，包括处理器及存储器，其中，
29.存储器用于存储计算机程序；
30.处理器用于加载执行计算机程序，以使装置执行如本技术提供的框类零件制备方法。
31.与现有技术相比，本技术的有益效果是：
32.本技术实施例提出的一种框类零件制备方法、系统、存储介质及装置，该方法包括：获取目标零件的理论结构的结构信息；根据结构信息，将目标零件进行区域划分，以获取成形面信息；其中，成形面信息包括第一成形面和第二成形面，第一成形面包括目标零件的腹板及腹板的一侧的筋条，第二成形面包括目标零件的腹板的另一侧的筋条；根据成形面信息，获取目标零件的直接沉积工艺信息；其中，目标零件的直接沉积工艺信息包括第一成形面的直接沉积工序以及第二成形面的直接沉积工序，第一成形面的直接沉积工序在第二成形面的直接沉积工序之前；根据目标零件的直接沉积工艺信息，进行激光成形。本技术的方法通过获取到的目标零件的理论结构的结构信息，将整个目标零件进行划分，将镂空的、不易直接成形的目标零件整体划分为第一成形面和第二成形面分别独立沉积，避免了悬空结构的打印成形，通过首先成形第一成形面，使得目标零件的腹板以及腹板一侧的筋条首先成形，再以此为基础进行腹板另一侧筋条的成形，得到第二成形面，至此分批完成整个目标零件的沉积成形，如上实施方式，框类零件的打印加工不再需要模具、工装等的配合，大大降低了成本，并且利用激光成形可快速获得目标零件，整个研制周期大大缩短。
附图说明
33.图1为本技术实施例涉及的硬件运行环境的激光成形装置的结构示意图；
34.图2为本技术实施例提供的框类零件制备方法的流程示意图；
35.图3为本技术实施例提供的框类零件制备系统的功能模块示意图；
36.图4为本技术实施例提供的框类零件制备方法中目标零件的一种典型结构示意
volatilememory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器；处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器、网络处理器等，还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
48.本领域技术人员可以理解，附图1中示出的结构并不构成对激光成形装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
49.如附图1所示，作为一种存储介质的存储器105中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及电子程序。
50.在附图1所示的激光成形装置中，网络接口103主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口104主要用于与用户进行数据交互；本发明激光成形装置中的处理器101、存储器105可以设置在激光成形装置中，激光成形装置通过处理器101调用存储器105中存储的框类零件制备系统，并执行本技术实施例提供的框类零件制备方法。
51.参照附图2，基于前述实施例的硬件设备，本技术的实施例提供一种框类零件制备方法，应用于激光成形装置，包括以下步骤：
52.s20：获取目标零件的理论结构的结构信息；
53.在具体实施过程中，目标零件是指需要成形获得的飞机框类零件，理论结构是指可以实现成形、在成形后的基材上能够切割分离并且不会影响零件实际结构的零件结构，在研制过程中，由于飞机同种的框类零件会批量生产，其零件的结构信息会被储存下来以便调取使用，若下一次还是成形该零件，那么可以在信息库中直接获取使用，若零件是新研制零件，那么可以通过仿真软件分析该零件的数模以获取结构信息，若零件制备有样品标件，则可以通过三维扫描设备或者相机来扫描或者拍摄捕捉样品标件的结构信息，以获取到目标零件的理论结构的结构信息。
54.s30：根据结构信息，将目标零件进行区域划分，以获取成形面信息；其中，成形面信息包括第一成形面1和第二成形面2，第一成形面1包括目标零件的腹板及腹板的一侧的筋条，第二成形面2包括目标零件的腹板的另一侧的筋条；
55.在具体实施过程中，将目标零件进行区域划分，通过划分区域使目标零件可以分别独立沉积，避免了悬空打印，如附图6所示，xy平面为目标零件成形时所在水平面，z轴为沉积成形方向，通过目标零件的筋条所在以及腹板所处位置来划分第一成形面1与第二成形面2以获取成形面信息，在基材的两面上成形筋条，将基材切割后即成为零件模板，第一成形面1与第二成形面2的确定以分离面3为准，分离面3的确定以腹板为准，其确定方式为：将目标零件水平放置，腹板在z轴方向上的最低面即为分离面3，分离面3以上，包含腹板及该侧筋条即为第一成形面1，分离面3以下即为第二成形面2。
56.s40：根据成形面信息，获取目标零件的直接沉积工艺信息；其中，目标零件的直接沉积工艺信息包括第一成形面1的直接沉积工序以及第二成形面2的直接沉积工序，第一成形面1的直接沉积工序在第二成形面2的直接沉积工序之前；
57.在本实施例中，直接沉积工艺信息包括温度、送粉量、速度、成形的路径等，基于不同型号的设备，直接沉积工艺信息还可以包括设备信息、加工车间等，如目标零件在第一加工车间的第二号机成形加工；直接沉积工艺信息包括多个工序，其至少包括有第一成形面1的直接沉积工序以及第二成形面2的直接沉积工序，用于分别成形第一成形面1和第二成形面2，其中，第一成形面1的直接沉积工序在第二成形面2的直接沉积工序之前，使得第一成
形面1成形后形成的腹板可以作为第二成形面2成形时的基材，确保了第二成形面2的筋条顺利沉积，直接沉积工艺信息还可以包括预热工序、调试成形工序等，以实际加工的零件为依据增加；基于目标零件的获取方式可知，同种零件可以将其结构信息直接储存形成储存信息库，相应的，零件的直接沉积工艺信息也可以采用同样方式储存形成信息库，便于二次使用时直接调取使用，调用手段可以是人工选择，也可以采用预设程序将目标零件在信息库中匹配获取对应的直接沉积工艺信息，通过此方式，每一个待成形的零件都能够在信息库中匹配获取到同样的目标零件的直接沉积工艺信息，同样的，若是新研零件，信息库中无法匹配到相关信息，则需要重新设计获取直接沉积工艺信息，并可将其存储至信息库以便二次使用。
58.s50：根据目标零件的直接沉积工艺信息，进行激光成形；
59.在本实施例中，根据步骤s40中获取的直接沉积工艺信息，即可以进行激光成形工作，激光成形工作对应直接沉积工艺信息的每一个工序，如仅在与第一成形面1与第二成形面2的沉积，那么可以直接依靠成形装置执行工艺信息对应的操作程序就可完成成形，若是有打磨切割等工序，那么需要人工或者机械臂等操作，将零件转移至相应的工作区域进行对应工序操作，若有成熟的生产线，能够整合到所有相关设备，那么可以通过将所有工序程序话，由远程终端控制，使其能够在生产线上依次完成工序实现完全自动化。
60.如本实施例附图4中示出的典型飞机框类零件的沉积，第一成形面1直接在同种材质的基材上成形，基材厚度在10-70毫米，成形时，基材利用压板固定在设备平台上，压板沿基材周边均匀布置，间距50-200毫米，防止沉积成形时热应力引起零件过大的变形，成形完成后基材位于第一成形面1上的部分形成腹板；第二成形面2的成形，直接以腹板作为其成形的基材沉积即可。
61.本实施例提出的框类零件制备方法，获取目标零件的理论结构的结构信息，并根据结构信息将目标零件进行划分，使其在后续的加工中避免悬空打印无法成形的情况出现，按照分区获得的成形面信息获得相关的沉积工艺，并按照此工艺对所分区域分别进行独立沉积，并将第一成形面1的直接沉积工序设置在第二成形面2的直接沉积工序之前，确保激光成形的可行性，并在成形质量有保障的情况下，大大缩短了框类零件的研制周期、降低了研制成本，提升了框类零件制备的效率。
62.在一种实施例中，在步骤s20：获取目标零件的理论结构的结构信息的步骤之前，该方法还包括：
63.s101：获取目标零件的实际结构；
64.目标零件的实际结构也即在成形完成之后，从基材上加工出来的零件结构，其结构是实际使用的结构，而在成形过程中，由于加工有误差、成形加工有热应力变形的影响，可能会导致加工余量不足，成形之后无法加工成实际零件，所以应当基于目标零件的实际结构来进行修正。
65.s102：根据实际结构增加工艺余量，以获取目标零件的理论结构；
66.在具体实施过程中，根据沉积成形工艺，目标零件所有外型面工艺余量设计为5-10毫米，确保加工余量足够使其加工出来，在零件的两端头位置，高度方向可适当增加余量大小至10-15毫米，防止加工过程热应力变形导致加工余量不足，至此，添加了工艺余量的零件实际结构被修正为了成形加工可行的理论结构。
67.在一种实施例中，如附图7所示，为了便于成形完成之后的数控加工能有稳定的夹持固定部位，在成形面信息中增加工艺凸台来便于夹持固定，工艺凸台与第一成形面1连接，在第一成形面1的沉积中同时沉积成形，并且工艺凸台在沉积第二成形面2时还可以用作沉积的夹持固定部位，工艺凸台的设计根据数控加工的工艺方案及数控加工设备确定，基于不同数控工艺方案和加工设备，工艺凸台的位置、大小有所差异。
68.在一种实施例中，为目标零件沉积成形前的优化，具体来说，在目标零件的直接沉积工艺信息中增加优化工序，优化工序包括过渡圆角的生成以及工艺支撑的添加，其中，过渡圆角的生成是为了防止零件加工过程应力集中导致开裂，工艺支撑的添加为了避免悬空结构无法打印，本技术实施例中将零件划分为第一成形面1与第二成形面2来避免悬空打印，以使主体能够加工，但是一些小尺寸的结构如翼缘、凸耳等，由于其也是悬空结构，虽然无法直接沉积，可以通过后期调整方位的二次打印沉积，但会影响成形效率以及成形质量，所以考虑在主体结构避免悬空的情况下，设置工艺支撑来使这部分结构能够同时成形，工艺支撑4的添加与过渡圆角的生成操作均可以在零件数模的基础上利用制图软件或者仿真分析软件直接进行。
69.如附图8所示，为工艺支撑4的设置结构，工艺支撑4的支撑面与直接沉积工艺的成形方向形成夹角a5，夹角a5的度数不大于40度，如上设置，工艺支撑4的添加原则为：确保支撑力度、不超出成形面覆盖范围；限定了夹角a5的角度大小，不会影响成形方向上零件的投影轮廓形状，确保不会因为角度过大而使工艺支撑4超出成形面覆盖范围。
70.在一种实施例中，为保证成形质量，尤其是第二成形面2的成形质量，在目标零件的直接沉积工艺信息中增加切割打磨工序，切割打磨工序在第一成形面1的直接沉积工序和第二成形面2的直接沉积工序之间，以使第二成形面2有质量较好的成形基材，具体来说，切割打磨工序的步骤包括：
71.将直接沉积成形后的第一成形面1从基材上分割；第一成形面1成形完成后，利用电火花切割或机械锯床切割，将第一成形面1从基材上分离下来；
72.打磨第一成形面被分割后在腹板上形成的切割面，以获取腹板的未成形一侧作为第二成形面的直接沉积的基材；第一成形面1的切割面经过打磨去除氧化层，使其具有较好的质量作为第二成形面2的沉积成形基材，切割分离第一成形面1后的基材可以经表面打磨后再循环利用，节约了原材料。
73.在一种实施例中，为了提升第二成形面2的成形质量，为目标零件的直接沉积工艺信息增加定位工序，第二成形面2的定位准确将直接关系到零件的成形质量，定位工序用于获取第二成形面2在基材上的外形轮廓的位置信息，定位工序在第一成形面1的直接沉积工序和第二成形面2的直接沉积工序之间，将第一成形面1位置固定后，利用成形装置的引导红光确定第二成形面2外形轮廓位置，或者采用出小功率激光，不出粉的方式定位。为确保第二成形面2的数模外轮廓与第一成形面的外形轮廓契合，此处要求第二成形面2不做倒圆角处理。
74.在一种实施例中，在步骤s50：根据目标零件的直接沉积工艺信息，进行激光成形的步骤之后，该方法还包括：
75.s601：获取激光成形后的成形零件的三维扫描信息；
76.即便增加了工艺余量，还是要对成形零件的尺寸再做复核，通过扫描设备进行三
维扫描获取零件当前状态下的结构信息，将其与获取到的实际结构、理论结构做对比。
77.s602：根据三维扫描信息判断是否需要进行补充加工；根据前述获取到的对比信息来判定零件毛坯是否有足够的余量可以加工出来，判断的依据来自工艺余量的添加标准以及数控加工时的设备及其工艺。
78.参照附图3，基于与前述实施例中同样的发明构思，本技术实施例还提供一种框类零件制备系统，应用于激光成形装置，系统包括：
79.识别模块，用于获取目标零件的理论结构的结构信息；
80.区分模块，用于根据结构信息对目标零件进行区域划分，以获取成形面信息，其中，成形面信息包括第一成形面和第二成形面；
81.输出模块，用于根据成形面信息获取目标零件的直接沉积工艺信息；
82.执行模块，用于根据直接沉积工艺信息执行沉积操作。
83.本领域技术人员应当理解，实施例中的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际应用时可以全部或部分集成到一个或多个实际载体上，且这些模块可以全部以软件通过处理单元调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，或是以软件、硬件结合的形式实现，需要说明的是，本实施例中框类零件制备系统中各模块是与前述实施例中的框类零件制备方法中的各步骤一一对应，因此，本实施例的具体实施方式可参照前述框类零件制备方法的实施方式，这里不再赘述。
84.基于与前述实施例中同样的发明构思，本技术的实施例还提供一种计算机可读存储介质，储存有计算机程序，计算机程序被处理器加载执行时，实现如本技术实施例提供的框类零件制备方法。
85.此外，基于与前述实施例中同样的发明构思，本技术的实施例还提供一种激光成形装置，至少包括有处理器及存储器，其中，
86.存储器用于存储计算机程序；
87.处理器用于加载执行计算机程序，以使激光成形装置执行如本技术实施例提供的框类零件制备方法。
88.在一些实施例中，计算机可读存储介质可以是fram、rom、prom、eprom、eeprom、闪存、磁表面存储器、光盘、或cd-rom等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。计算机可以是包括智能终端和服务器在内的各种计算设备。
89.在一些实施例中，可执行指令可以采用程序、软件、软件模块、脚本或代码的形式，按任意形式的编程语言(包括编译或解释语言，或者声明性或过程性语言)来编写，并且其可按任意形式部署，包括被部署为独立的程序或者被部署为模块、组件、子例程或者适合在计算环境中使用的其它单元。
90.作为示例，可执行指令可以但不一定对应于文件系统中的文件，可以可被存储在保存其它程序或数据的文件的一部分，例如，存储在超文本标记语言(html，hyper text markup language)文档中的一个或多个脚本中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者，存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。
91.作为示例，可执行指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
92.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
93.上述本技术实施例顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
94.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台多媒体终端设备(可以是手机，计算机，电视接收机，或者网络设备等)执行本技术各个实施例的方法。
95.综上，本技术提供的一种框类零件制备方法、系统、存储介质及装置，通过获取目标零件的理论结构的结构信息；根据结构信息，将目标零件进行区域划分，以获取成形面信息；其中，成形面信息包括第一成形面和第二成形面，第一成形面包括目标零件的腹板及腹板的一侧的筋条，第二成形面包括目标零件的腹板的另一侧的筋条；根据成形面信息，获取目标零件的直接沉积工艺信息；其中，目标零件的直接沉积工艺信息包括第一成形面的直接沉积工序以及第二成形面的直接沉积工序，第一成形面的直接沉积工序在第二成形面的直接沉积工序之前；根据目标零件的直接沉积工艺信息，进行激光成形，大大提高了框类零件的制备效率，加工质量较高、研制周期短、成本低。
96.以上所述仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。