面向復(fù)雜型腔工件高效數(shù)控加工的刀具優(yōu)選技術(shù)研究.pdf

1、型腔工件在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中涉及面非常廣泛,如涉及到汽車、家電、機床等制造行業(yè)廣泛應(yīng)用的模具系統(tǒng)的核心構(gòu)件,航天航空、海洋工程等領(lǐng)域高端裝備的機艙等結(jié)構(gòu)件,以及復(fù)雜金屬工藝品的凹型曲面等。型腔工件通常形狀復(fù)雜、品種多樣,致使數(shù)控加工過程復(fù)雜,易于出現(xiàn)加工效率不高,質(zhì)量難于保證等實際問題。同時,型腔加工還面臨著短工期、高質(zhì)量、低成本的迫切需求。因此,型腔的高效數(shù)控加工是一個亟待解決的問題。刀具優(yōu)選是實現(xiàn)型腔高效數(shù)控加工的關(guān)鍵內(nèi)容之一,對提高型

2、腔加工的效率和質(zhì)量,并降低成本有重要作用。為此,本文面向型腔的高效數(shù)控加工,對刀具優(yōu)選技術(shù)展開研究,主要內(nèi)容如下:
　　 分析型腔數(shù)控加工對刀具要求的特點,明確型腔數(shù)控加工刀具優(yōu)選所包含的主要內(nèi)容,構(gòu)建一個包含目標(biāo)層、優(yōu)化功能層、技術(shù)支持層和數(shù)據(jù)層的刀具優(yōu)選技術(shù)框架,在此基礎(chǔ)上,闡述本文刀具優(yōu)選的技術(shù)過程和關(guān)鍵技術(shù)。
　　 在分析加工目標(biāo)、工件、機床和工藝等因素對刀具材料決策過程的影響的基礎(chǔ)上,提出一種面向復(fù)雜切削實況的

3、刀具材料決策方法。該方法設(shè)計并構(gòu)建若干與常用加工目標(biāo)相應(yīng)的、并包含待考察刀具材料性能指標(biāo)及其初步權(quán)重的模板供決策選擇;建立工件、機床和工藝的特征體系用于提取實際加工情況下工件、機床和工藝的具體特征;利用知識推理等方法導(dǎo)出工件、機床和工藝的特征對刀具材料性能的約束與側(cè)重,并將約束用于篩選出合格的刀具材料,將側(cè)重用于修正用戶所選模板中的刀具材料性能指標(biāo)權(quán)重;在此基礎(chǔ)上,利用模板中的性能指標(biāo)與修正后的指標(biāo)權(quán)重建立刀具材料評價模型,實現(xiàn)對合格刀

4、具材料的評價與擇優(yōu)。應(yīng)用案例說了該方法的可行性和實用性。
　　 在優(yōu)選型腔加工的刀具直徑和刀具組合的過程中,判別加工域是否可以被拆分具有重要的基礎(chǔ)意義。為此,提出一種用于判別型腔加工域是否可分的概念及方法——型腔銑削單純區(qū)及其判別方法。首先提出銑削單純區(qū)的概念,給出其定義,指出銑削單純區(qū)是一類當(dāng)且僅當(dāng)使用一種刀具就可實現(xiàn)最優(yōu)加工的特殊區(qū)域,并且具有不可再分性、完全覆蓋性和效益最優(yōu)性等三大特點。然后給出并論證銑削單純區(qū)的判別條件,

5、從加工成本的角度建立銑削單純區(qū)的判別模型,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了銑削單純區(qū)的判別算法。算例結(jié)果證明了所提出的概念及方法的理論價值和實用價值。
　　 提出一種支持型腔粗加工刀具序列高效優(yōu)化的刀具篩選方法。通過對比刀具組合過程中因不同刀具的優(yōu)勢互補而產(chǎn)生的效益增量與因換刀帶來的相關(guān)效益損失量,建立一種用于判斷刀具序列是否有效的分析模型;在此基礎(chǔ)上,從刀具序列的組合形態(tài)的角度構(gòu)造并證明一種可以判別部分冗余刀具的規(guī)則,將該規(guī)則與基于幾何、設(shè)

6、備和工藝等約束的刀具篩選方法相串聯(lián),可獲得良好的刀具篩選效果。算例結(jié)果表明所提方法在去除部分冗余刀具上效果明顯。
　　 提出一種改進的型腔粗加工可行刀具序列構(gòu)建方法。對現(xiàn)行的基于有向圖的可行刀具序列構(gòu)建方法進行分析,指出對刀具進行近似純數(shù)學(xué)上的排列組合使得解空間偏大,進而制約刀具序列優(yōu)化效率是該方法的主要不足;通過對刀具序列有效性的分析,發(fā)現(xiàn)可行刀具序列構(gòu)建過程中刀具之間存在的互斥特性,并將該特性引入至現(xiàn)行的可行刀具序列構(gòu)建方法