模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究

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1、第!"卷第#期计算机集成制造系统—$%&’()*+!",)+##""-年#月$)./0123%412536127&640869103:45’;<12.<=2>+#""-文章编号：!""?@AB!!（#""C）"#@"##?@"-模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究王D玉，高崇辉，徐和国（上海交通大学国家模具$GH工程研究中心，上海D#"""C"）DD摘D要：自动产生模具型腔加工的工艺计划及数控加工指令对提高模具型腔的加工效率具有重要意义。研究了模具型腔工艺规划中的刀具选择问题，提出了模具型腔粗加工、半精加工、精加工刀具选择的原则与方法，并构造

2、了相应的实现算法；重点研究了粗加工中刀具的组合优化问题，并建立了数学模型；给出了计算机辅助刀具选择系统的体系架构，基于所提方法在MNOPJI,GJ%环境下进行了初步编程实现；以一个包含岛及自由曲面的模具型腔零件的刀具选择为例，说明系统及算法的可行性。关键词：计算机辅助刀具选择；模具型腔；数控加工中图分类号：QJCB!+EDDD文献标识码：G$GH模型中不能显式表示，需要设计相应的算法进!"引言行提取，因而选择合适的刀具规格及其刀具组合，以［-］数控加工中包括刀具轨迹的产生和刀具选择两提高数控加工的效率与质量并非易事。［!］个关键问题。前一问题在

3、过去的#"年里得到了模具型腔一般用数控铣的加工方法，通常包括广泛而深入地研究，发展的许多算法已在商用粗加工、半精加工、精加工等工序。粗加工的原则就$GHO$G&系统中得到应用。目前大多数$G&系是尽最大可能高效率地去除多余的金属，因而希望统能够在用户输入相关参数后自动产生刀具轨迹。选择大尺寸的刀具，但刀具尺寸过大，可能导致未加比较而言，对以质量、效率为优化目标的刀具选择问工体积的增多；半精加工的任务主要是去除粗加工题的研究还远未成熟，当前还没有商用$G&系统能遗留下来的台阶；精加工则主要保证零件的尺寸及［#］［A］够提供刀具优选的决策支持工具，

4、因而难以实现表面质量。考虑到目前完全由计算机进行自动$GHO$G&的自动有机集成。刀具选择通常包括刀选刀还存在一定困难，因而在我们开发的计算机辅［C］具类型和刀具尺寸。一般来说，适合一个加工对助刀具选择（$)./0123G:727Q))*’2*291:)4，$GQ’）象的刀具通常有多种，一种刀具又可完成不同的加系统中，立足于给用户提供一个辅助决策工具，即粗工任务，所以仅考虑满足基本加工要求的刀具选择加工、半精加工、精加工等，真正的决策权仍留给用是较容易的，尤其对孔、槽等典型几何特征。但实际户，以充分发挥计算机和人的优势。上，刀具选择通常和一定的

5、优化目标相联系，如最大#"系统基本结构切削效率、最少加工时间、最低加工成本、最长使用寿命等，因此刀具选择又是一个复杂的优化问题。$GQ’系统的输入为$GH模型，输出为刀具类比如模具型腔类零件，由于几何形状复杂（通常包型、刀具规格、铣削深度、进给量、主轴转速（切削速含自由曲面及岛），影响刀具选择的几何约束在度）和加工时间等六个参数（如图!），包括刀具类型收稿日期：#""C@"!@C"；修订日期：#""C@"E@##。基金项目：高等学校博士点基金资助项目（#""#"#-F"!E）。作者简介：王D玉（!B?C@），男，河南灵宝市人，上海交通大学国家模

6、具$GH工程研究中心副教授，博士，主要从事模具$GH，$GI，$G&及万方数据JH&等企业信息化方面的研究。I@.6:*：;0K645BBBL<:46+9).。第!期王"玉等：模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究!!5选择辅助决策工具、粗加工刀具选择辅助决策工具、刀具类型的选择知识主要来自加工实践，采用问卷半精加工刀具选择辅助决策工具及精加工刀具选择调查的形式获取。辅助决策工具等。鉴于粗加工在型腔加工中的重要刀具又可分为整体式和镶片式。对于镶片式，地位（通常为精加工时间的#$%&倍），粗加工时系关键是选取刀片的材质，刀片材质的选择取决于三统具

7、有刀具自动优化组合的功能，以提高整体加工个要素：被加工工件的材料、机床夹具的稳定性以及的效率。除了上述决策工具外，系统还具有查看刀刀具的悬臂状态。系统将被加工工件的材料分为具详细规范、根据刀具类型和尺寸推荐加工参数及钢、不锈钢、铸铁、有色金属、难切削材料和硬材料等评估加工时间等功能，最后生成总的刀具选择结果六组。机床夹具的稳定性分为很好、好、不足三个等报表（如图!）。系统所有的刀具数据及知识均由后级。刀具悬臂分为短悬臂和长悬臂两种，系统根据台数据库做支持。具体情况自动推理出刀片材质，决策知识来源于)*+,-.刀具手册，系统由用户首先交互选择刀具

8、类型。对镶片式刀具，基于规则自动推理出合适的刀片材质。例如，如果被加工工件的材料为“钢”，机床夹具的稳定性为很好，刀具悬臂为短悬臂，则刀片材质应为)*