模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究上金坛

模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究(上)

模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究(上) 2011： 数控加工中包括刀具轨迹的产生和刀具选择两个关键问题。前一问题在过去的20 于WALTER刀具手册，系统由用户首先交互选择刀具类型。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WAP25 。

2) 粗加工刀具组合优化

型腔粗加工的目的就是最大化地去除多余的金属，通常使用平头铣刀，采取层切的方法。因此，3D模具型腔的粗加工过程，实际上就是对一系列2.5D模具型腔的加工。刀具优化的目的就是要寻找一组刀具组合，使其能够以最高的效率切除最多的金属。刀具组合优化的基本方法如下：

a. 以一定的步长做一组垂直于进刀方向的搜索平面与型腔实体相交，形成若干搜索层。

b. 求出截交轮廓。

c. 计算内外环之间或岛与岛之间的关键距离，即影响刀具选择的几何约束，算法流程如图3 所示。

图3 求关键距离算法流程

d. 根据合并原则(相邻关键距离相差小于给定阈值) 对搜索层进行合并，确定加工平面和可行刀具集，形成加工层。

e. 确定每一加工层使用的刀具，即型腔加工的刀具组合。

f. 根据刀具推荐的加工参数(切削速度、铣削深度和进给速度) ，计算材料去除率。

g. 根据加工层实际切除的体积，计算每一加工层的加工时间。

h. 计算型腔总的加工时间和残余体积。

i. 对该组刀具组合的总体加工效率进行评估。

j. 重复a～i，直至求出最优的刀具组合。如以时间为目标，即要求以整个型腔的加工时间t 最短来优化刀具组合。基于上述方法，可建立如下形式化的优化模型。

MRRi=(dicij)×(Nfz)(切割截面积乘进给率) s.t.

di≤rik，k = 1 ，…，l di=max{d|dip，p=1，…，q}

式中： n —型腔加工层数量; m —每一加工层刀具的铣削次数; l —每一加工层中的搜索层数量; q —每一加工层可行的刀具数量; h —型腔深度; cij —i 加工层第j 次铣削深度; aj —第j 切割层底面积; vi —i 加工层的铣削体积;MRRi —i 加工层的材料去除率; di —i 加工层的刀具直径; dip —i 加工层可行刀具集合; rik —i 加工层k 搜索层的关键距离;e1 —控制搜索层合并的常数;e2 —控制残余体积的常数;V —型腔体积;DV —残余体积; N —主轴转速; f —刀具每齿进给量; z —刀具齿数。

考虑到不同的搜索平面步长会产生不同的加工层，从而导致不同的加工时间和残余体积，因此有时尽管总的加工时间较短，但残余体积可能较多。由此可见，单独以加工时间为目标进行优化有时并不一定科学。为此，提出了效率系数的概念，综合考虑了加工时间和残余体积的因素，加工时间越短，残余体积越少，则效率系数就越高。令：

上式中前一项反映了加工单位体积的时间系数，其中k =DV/V 为残余体积百分数。这样，效率系数可定义为q = 1/ Q 。

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