基于制造特征的三轴高速铣削数控自动编程技术数控专业毕业设计论文

1、基于制造特征的三轴高速铣削数控自动编程技术摘要：运用面向对象技术，描述代加工工件的制造特征。利用最大模糊隶属 原则，实现了加工区域几何制造特征的识别。以高速加工工艺数据库和范例 库为支撑，采用IF-THEN规则和模糊匹配方法，提出了适合高速铣削加工工 艺的工艺信息。提出了以切削时间短、加工成本低、表面质量高为目标的工 艺方案寻优模型，该模型有助于形成成功的加工范例。依据已有加工范例和 提取的工艺信息，实现了 3轴高速铣削加工的自动编程。关键词：高速铣削；制造特征；工艺知识；数控编程中图分类号：TP391.73 文献标识码：A 文章 ID:1005-1120(2007)02-0150-07 简介

2、CAD/CAPP/CA集成系统的重要性已广泛被多数制造业企业接受。许多研究者提出CAD/CAPP/CA集成系统模型是基于其特征的系统。但从设计和制造的观点 很难实现CAD/CAPP/CAM的集成系统。例如普遍使用的UG Cimatron、Mastercam 等，这些CAD/CAMR统仅是从几何信息得到刀具路径。这种安排没有从根本上提 咼自动化知识的程度。最近两年，许多行业广泛使用咼速加工技术。 它有许多加 工优势，尤其数控安全性高，生产效率高，加工性能好等优势。所以基于制造特 征的三轴数控技术应用于高速加工技术， 来提高自动化知识的程度，并提高加工 效率。制造特征的表达和区别通常，制造特征可分

3、为几何制造特征和非几何制造特征。为提高其可重复性 和可扩展性，制造特征被描述为面向对象技术。 在高速加工技术中，切削区域的 几何制造特征通常被定义为凹穴和轮廓。凹穴属性间的关系图如图 1。零件主界面：组成名称图标序号版本 材料尺寸重量质量精度切削 区域主界面：组成形状1精度质量机床具工序子界面：切削区域1凹穴主界面：切削区域高度孤岛 数最小过 渡边际底部 形状孤岛与 凹穴间 的最小 距离孤岛 间的 最小 距离在底 部的 最小 距离子界面：切削区域孤 岛主界面：凹穴形状1位置高度最小过渡边际子界面：切削区域子界面：切削区域图1凹处制造特征模型制造特征的辨别凹穴和轮廓的辨别可以通过切削区域的水平边

4、际和最大范围的水平投影边 际间的包含关系辨别。如果后者包含前者，为凹穴，否则，为轮廓。底部形状、 高度和过度圆角的制造特征可以从在切削区域垂直面和曲面的交叉点获得。凹穴和孤岛间最小距离，孤岛与切削区域的一般制造特征可由以下算法算出。1.2.1几何制造特征间最小距离的计算121.1凹穴和孤岛间最小距离的计算（1）计算最大范围内的凹穴和所有孤岛（见图 2）（2）在凹穴获得孤岛的四个极端位置：左，右，上，下计算凹穴和孤岛的最小距离见黑护=mm 盗，轴山监山爲,（见图3）图2凹穴与孤岛（4）确定最小距离图3 d min算法流程图121.2 计算孤岛间的最小距离(1) 在孤岛链表中计算孤岛数量 N,设置

5、最小距离dmin和可变量i (1,2，,N-1)。如果N=0,调至步骤(7)。(2) 在给定孤岛顺序的列表中获得第一个孤岛(间图2)(3) N=1?判断为真调至步骤(7);判断为假，进入下一步骤。(4) 在(N-1 )个孤岛中获得第i (i1 )个孤岛。(5) 计算第i个孤岛与第一个孤岛间的距离。这一问题也是二分法求解的方法。假设边缘-环的偏置距离(0-D)为H,这个孤岛的边缘-环外偏置，从而产生边缘 -环偏移量，第i个孤岛的外偏置产生第i个孤岛的边缘-环外偏置 该计算孤岛间距离的方法和计算凹穴与孤岛间最小方法相同。（6）i=N-1?判断为真时，从孤岛列表中删除此孤岛，回到操作（1）;判断为假

6、 时，i=i+1，回到操作（4）。（7）确定最小距离久晌i出11然后确定精加工刀具的直径D= min 端譽11皿捫畑门1.2.2对称和旋转的模糊识别 定义是在切削区域特征元素的对称和旋转误差。A 11001 = max a(1)a，b为凹穴或轮廓周边的侧边长。定义2: E为误差特征元素中心与给定的对称和旋转中心的误差。E=|Ci-Cc|定义3： a为切削区域和一水平面（如岛环或主环、孔环，j=i，m产生 交集的模糊集合，切削区域和水平面属于对 称和旋转中 心给定 的中心，町兀旳（旳）为其隶属函数。0E 在模糊集合A中是由各级不同特征元素组成，如果隶属的特征元素在各级中都不 存在，则令其为1.定

7、义4 :二为属于对称和旋转部件的区域特征的模糊结合，BV（A1AAAAAJ加（刃二 乙 VA 尹屉（旳）A J在切削区域辨别一般制造特征可用如下的方法：步骤1:调用部分模型和无制造特征的输入信息。步骤2:提取切削区域的特征，识别切削区域（凹穴和轮廓）步骤3:区分特征元素是否为可旋转部件。沁泊门三叮魚门可旋转部件我三L叮粪.门不可旋转部件步骤4:判断uU（U为临界值）。如果判断为“假”，贝吐匕切削区域无对称 性，转至“结束”。如果判断为“真”，判断j ，如果判断为 “假”，此切削区域有对称性，结束区分。如果判断为“真”。此切削区域有 旋转特征。在计算切削区域制造特征的模糊程度后，一般切削区域的制

8、造特征类型 即可判定。此外，初加工和精加工的刀具路径也可选定。如果制造特征被判 断为无孤岛的凹穴，凹穴底部为平面，则摆线刀具路径类型可以首先选择（见 图4）。如果制造特征被判断为无孤岛的凹穴，凹穴底部为曲面，刀具路径的弧连接样式首先被选择（见图5）.如果制造特征判断为有孤岛的凹穴， 则刀 具循环路径可以首先选择（见图6）。如果制造特征判断为无突起的轮廓， 且 轮廓具有旋转性，则刀具螺旋路径可以首先确定（见图7）。如果制造特征判 断为有突起的轮廓，且轮廓无旋转性，则刀具路径线 -弧连接样式可以首先 确定（见图8）。这些刀具路径样式适用于高速加工技术， 且在平滑度上有优 势。图4摆线刀具路径图5弧

9、联结的刀具路径图6环路刀具路径图7螺旋刀具路径图8线-弧联结刀具路径2. 高速加工技术优化模型的工艺方案高速加工技术的优化工艺方案包含许多问题， 例如工件特点、刀具、机床和刀具 路径类型等。为了找出时间短、花费低和高质量的优化组合资源， 提出一个如下 的综合评价模型：步骤1： 目标函数(2)制造时间Tm= nD dcVc zfz ap _D 为有效直径；Vc为切削速度；L为刀具路径的全长；fz为每齿进给量;dc为切削深度；ap为轴向切削深度；z为齿数。刀具使用寿命 ：-(3)Ck为刀具使用寿命系数，cto为优化切削路径系数(1.0 1.3 )； af为 径向切削深度。加工成本Cmt 二F 1T

10、c TFt Tm(4)F为机床和操作的成本；Ft为单个刀具成本；Tc为更换刀具时间；Tm为全部切削时间。步骤2:综合评价模型处理方案LKtKcKqE = tcqT mCmtQf(5)t c和- q都为加权系数，他们的和为1。KtKc和Kq为平衡系数，以传统数控加工时间、成本和质量作为参考分析它们可以由其它方式确定。Qf为表面质量，表现在表面粗糙度上。对于圆头槽铣刀，近似等于Ra 二 Ca R- R2- ae/2C0S：T亠 C(6)Ca为算术平均偏差系数，约为300；为的两个相邻的刀具接触点和水平面之间的锐角；C为最小算数偏差，约为0.2m，它与刀具边缘类型、机械加工表面 塑性变形和机床的震动

11、等因素有关。步骤3:目标最优化 对材料去除率（MRR的影响是客观存在的。如果加工部分价格非常高，使用大 进给量和大切削深度的切削参数。 t c和 q分别选用0.6、0.4和0 半精加工是粗加工和精加工之间的过度过程。它主要目标是提高工件表面质量。 t、 c 和 * q 分别选用 0.3、0.25 和 0.45。精加工的目的是高表面质量。一般来讲，在精加工中密集的刀具路径规划和切削时间相对较长，通常要花好几个小时甚至超过十个小时来加工大型零件。具有特殊要求的表面质量和复杂的结构时， t c和q分别选用0.2、0.2和0.6。3. 高速加工技术的知识提取过程-知识提取如下（见图9）图9过程一知识提

12、取生产规则在本文中有规则应用到实体之间的关系表达那些信息是一个知识单元 应用，并给出如下一个例子：如果m_sMachining_feature_str=“轮廓” /制造特征为轮廓m_sPartmaterial_str= “ alloy-steel ” ； / 零件材料为合金-钢m_sMaterialhard_str Open（ ” ？ HSMCutting toolBase . mdb ） ; / 刀具基于 高速加工技术m pDB- GetTableDeflnfo（0 ，tablnfo）; 得到粗加工刀具凹穴信息和 材料硬度为35HRC依据制造特征，采用推理算法规则，得出了一些加工进程信息。因

13、此，可 以通过高速加工技术的优化模型来提取合理的工艺优化工艺方案。4. 应用基于高速加工工艺的自动编程技术的制造特征应用于Superman CAMH系统。将此方法应用于洗衣机叶轮凸模的制造，凸轮的尺寸为630mm=一吕于一三三=三塑于一一三一一于一三二一于于一压一三学 wwml基B一 w基基基一基基馈究制系A统内设计与研OM的工艺和制程方法及（研究研制调节器 协议栈的实现 究处理技术的研究 研究与开发寸曰控制面板的研制j研制度仪的研制线切割机床短循环走丝方式研究 测仪究的研制 究的和应用的研制对良率的影响片片控片 4专单|单J 024680223456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 0