自由曲面五軸數(shù)據(jù)加工刀具組合選擇的研究.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)中，自由曲面在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛。五軸數(shù)控(CNC)銑削是加工復(fù)雜曲面并達(dá)到高精度的最有效方法之一。刀具選擇是工藝設(shè)計(jì)中的重要步驟，它不僅影響加工效率，對(duì)加工表面的質(zhì)量也起著關(guān)鍵的作用。然而，由于自由曲面五軸加工中復(fù)雜的曲面形狀和刀具運(yùn)動(dòng)，刀具選擇成為一項(xiàng)耗時(shí)且容易出錯(cuò)的工作。隨著現(xiàn)代CNC加工中心中自動(dòng)換刀裝置的出現(xiàn)，利用刀具的組合加工整個(gè)曲面的方法就變得相當(dāng)有吸引力。與使用單個(gè)刀具加工自由曲面相比較，采用刀具組合加

2、工可在保證加工精度的情況下大大減少加工時(shí)間和加工費(fèi)用。 雖然CAD/CAM在過去幾十年發(fā)展迅速，大多數(shù)CAM系統(tǒng)仍需用戶自己輸入刀具的參數(shù)，已報(bào)告的自動(dòng)選擇刀具組合的算法集中在三軸加工的應(yīng)用。為了確保五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高效率和高質(zhì)量的切削加工，本文針對(duì)自由曲面五軸數(shù)控加工提出了最優(yōu)刀具組合自動(dòng)選擇的算法，該算法主要包含以下內(nèi)容： (1)分析刀具在曲面上的干涉情況。將加工曲面離散成一系列的特征點(diǎn)，在每一特征點(diǎn)上，通過在局部坐

3、標(biāo)系中調(diào)整刀具的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度來避免刀具的干涉，同時(shí)構(gòu)建出刀具自由姿態(tài)的范圍。如果在一點(diǎn)上刀具自由姿態(tài)范圍非空，則表明刀具可無干涉的對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行加工。 (2)劃分曲面為若干不同特性的區(qū)域。刀具在曲面上存在若干個(gè)干涉區(qū)域和無干涉區(qū)域，為進(jìn)行刀具組合選擇和加工路線生成，本文提出了基于邊界追蹤的方法劃分不同特征區(qū)域的算法，該算法輸入刀具在曲面上每點(diǎn)的干涉情況，輸出是每個(gè)由相鄰無干涉的點(diǎn)構(gòu)成的無干涉區(qū)域，具體步驟如下：一，將曲面轉(zhuǎn)化為柵格曲

4、面并根據(jù)輸入的刀具在每點(diǎn)的干涉情況將柵格分為目標(biāo)點(diǎn)和背景點(diǎn)；二，將柵格曲面轉(zhuǎn)化為行程編碼；三，根據(jù)行程編碼進(jìn)行邊界追蹤；四，在提取的邊界基礎(chǔ)上，對(duì)刀具在曲面上的無干涉點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃分。區(qū)域劃分的實(shí)現(xiàn)為刀具組合選擇奠定了基礎(chǔ)。 (3)構(gòu)建出五軸加工時(shí)間估算模型。在切削加工中，加工曲面的面積越大，切削寬度越小，則需越長(zhǎng)的加工時(shí)間，而刀具的直徑越小，傾斜角度越大，切削寬度就越小。基于加工時(shí)間與其相關(guān)影響參數(shù)的分析，本文建立了估算五軸加工

5、時(shí)間的模型，使得評(píng)估刀具組合的加工效率有了依據(jù)。 (4)提出最優(yōu)刀具組合滿足的條件。為了確保刀具組合加工自由曲面具有足夠的加工精度和加工效率，最優(yōu)刀具組合應(yīng)滿足以下條件：第一，采用該組合的整體可以無干涉地加工整個(gè)曲面；第二，該組合中的每把刀具都有一個(gè)或多個(gè)足夠大的有效加工區(qū)域以保證加工曲面的連續(xù)性；第三，采用該組合的整體加工曲面可以實(shí)現(xiàn)最小的加工時(shí)間。 (5)提出最優(yōu)刀具組合選擇的方法。通過分析刀具的干涉性和最優(yōu)刀具組合