外文翻譯--基于制造特征的三軸高速銑削數(shù)控自動編程技術(shù)（中文）

1、<p><b>　　中文3625字</b></p><p>　　基于制造特征的三軸高速銑削數(shù)控自動編程技術(shù)</p><p>　　孫全平 汪通悅 廖文和 何 寧</p><p>　　淮陰工學(xué)院數(shù)字化制造技術(shù)實驗室，淮安，223001，中國；</p><p>　　南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院， 南京， 2

2、10016，中國）</p><p>　　摘要：運用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，描述代加工工件的制造特征。利用最大模糊隸屬原則，實現(xiàn)了加工區(qū)域幾何制造特征的識別。以高速加工工藝數(shù)據(jù)庫和范例庫為支撐，采用IF-THEN規(guī)則和模糊匹配方法，提出了適合高速銑削加工工藝的工藝信息。提出了以切削時間短、加工成本低、表面質(zhì)量高為目標(biāo)的工藝方案尋優(yōu)模型，該模型有助于形成成功的加工范例。依據(jù)已有加工范例和提取的工藝信息，實現(xiàn)了3軸高速銑削加工的

3、自動編程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高速銑削；制造特征；工藝知識；數(shù)控編程</p><p>　　中圖分類號：TP391.73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章ID:1005-1120(2007)02-0150-07</p><p><b>　　簡介</b></p><p>　　CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)的重要性已廣泛被多數(shù)

4、制造業(yè)企業(yè)接受。許多研究者提出CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)模型是基于其特征的系統(tǒng)。但從設(shè)計和制造的觀點很難實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM 的集成系統(tǒng)。例如普遍使用的UG、Cimatron、Mastercam等，這些CAD/CAM系統(tǒng)僅是從幾何信息得到刀具路徑。這種安排沒有從根本上提高自動化知識的程度。最近兩年，許多行業(yè)廣泛使用高速加工技術(shù)。它有許多加工優(yōu)勢，尤其數(shù)控安全性高，生產(chǎn)效率高，加工性能好等優(yōu)勢。所以基于制造特征的三軸數(shù)控技術(shù)

5、應(yīng)用于高速加工技術(shù)，來提高自動化知識的程度，并提高加工效率。</p><p>　　制造特征的表達(dá)和區(qū)別</p><p>　　通常，制造特征可分為幾何制造特征和非幾何制造特征。為提高其可重復(fù)性和可擴展性，制造特征被描述為面向?qū)ο蠹夹g(shù)。在高速加工技術(shù)中，切削區(qū)域的幾何制造特征通常被定義為凹穴和輪廓。凹穴屬性間的關(guān)系圖如圖1。</p><p>　　基礎(chǔ)項目：由江蘇省自然科

6、學(xué)基金會（BK2006060）和江蘇省基礎(chǔ)自然科學(xué)研究所（06KJA46005）支持。</p><p>　　接收日期：2006-06-27；修改接受日期：2007—3-20</p><p>　　電子郵箱：sunquanping@sohu.com</p><p>　　圖1 凹處制造特征模型</p><p><b>　　制造特征的辨別&

7、lt;/b></p><p>　　凹穴和輪廓的辨別可以通過切削區(qū)域的水平邊際和最大范圍的水平投影邊際間的包含關(guān)系辨別。如果后者包含前者，為凹穴，否則，為輪廓。底部形狀、高度和過度圓角的制造特征可以從在切削區(qū)域垂直面和曲面的交叉點獲得。凹穴和孤島間最小距離，孤島與切削區(qū)域的一般制造特征可由以下算法算出。</p><p>　　1.2.1幾何制造特征間最小距離的計算</p>

8、<p>　　1.2.1.1凹穴和孤島間最小距離的計算</p><p>　?。?）計算最大范圍內(nèi)的凹穴和所有孤島（見圖2） </p><p>　?。?）在凹穴獲得孤島的四個極端位置：左，右，上，下</p><p>　　(3)計算凹穴和孤島的最小距離見（見圖3） </p><p>　　（4）確定

9、最小距離 圖2 凹穴與孤島</p><p>　　圖3 dmin 算法流程圖</p><p>　　1.2.1.2 計算孤島間的最小距離</p><p>　　（1）在孤島鏈表中計算孤島數(shù)量N，設(shè)置最小距離dmin和可變量i（1,2，…，N-1）。如果N=0，調(diào)至步驟（7）。</p>

10、<p>　?。?）在給定孤島順序的列表中獲得第一個孤島（間圖2）</p><p>　?。?）N==1？判斷為真調(diào)至步驟（7）；判斷為假，進(jìn)入下一步驟。</p><p>　?。?）在（N-1）個孤島中獲得第i（i>1）個孤島。</p><p>　?。?）計算第i個孤島與第一個孤島間的距離。這一問題也是二分法求解的方法。假設(shè)邊緣-環(huán)的偏置距離（O-D）為

11、H，這個孤島的邊緣-環(huán)外偏置，從而產(chǎn)生邊緣-環(huán)偏移量，第i個孤島的外偏置產(chǎn)生第i個孤島的邊緣-環(huán)外偏置。該計算孤島間距離的方法和計算凹穴與孤島間最小方法相同。</p><p>　　（6）i=N-1?判斷為真時，從孤島列表中刪除此孤島，回到操作（1）；判斷為假時，i=i+1，回到操作（4）。</p><p><b>　?。?）確定最小距離</b></p>

12、<p>　　然后確定精加工刀具的直徑D=</p><p>　　1.2.2對稱和旋轉(zhuǎn)的模糊識別</p><p>　　定義1：△是在切削區(qū)域特征元素的對稱和旋轉(zhuǎn)誤差。</p><p>　　a，b為凹穴或輪廓周邊的側(cè)邊長。</p><p>　　定義2：E為誤差特征元素中心與給定的對稱和旋轉(zhuǎn)中心的誤差。</p><p&g

13、t;　　E=||Ci-Cc||</p><p>　　定義3：A為切削區(qū)域和一水平面（如島環(huán)或主環(huán)、孔環(huán)，j=1，……，m）產(chǎn)生交集的模糊集合，切削區(qū)域和水平面屬于對稱和旋轉(zhuǎn)中心給定的中心，為其隸屬函數(shù)。</p><p>　　在模糊集合A中是由各級不同特征元素組成，如果隸屬的特征元素在各級中都不存在，則令其為1.</p><p>　　定義4：為屬于對稱和旋轉(zhuǎn)部件的區(qū)域

14、特征的模糊結(jié)合，</p><p>　　在切削區(qū)域辨別一般制造特征可用如下的方法：</p><p>　　步驟1：調(diào)用部分模型和無制造特征的輸入信息。</p><p>　　步驟2：提取切削區(qū)域的特征，識別切削區(qū)域（凹穴和輪廓）。</p><p>　　步驟3：區(qū)分特征元素是否為可旋轉(zhuǎn)部件。</p><p><b>

15、　　可旋轉(zhuǎn)部件</b></p><p><b>　　不可旋轉(zhuǎn)部件</b></p><p>　　步驟4：判斷u≥U（U為臨界值）。如果判斷為“假”，則此切削區(qū)域無對稱性，轉(zhuǎn)至“結(jié)束”。如果判斷為“真”，判斷，如果判斷為“假”，此切削區(qū)域有對稱性，結(jié)束區(qū)分。如果判斷為“真”。此切削區(qū)域有旋轉(zhuǎn)特征。</p><p>　　在計算切削區(qū)域制造

16、特征的模糊程度后，一般切削區(qū)域的制造特征類型即可判定。此外，初加工和精加工的刀具路徑也可選定。如果制造特征被判斷為無孤島的凹穴，凹穴底部為平面，則擺線刀具路徑類型可以首先選擇（見圖4）。如果制造特征被判斷為無孤島的凹穴，凹穴底部為曲面，刀具路徑的弧連接樣式首先被選擇（見圖5）.如果制造特征判斷為有孤島的凹穴，則刀具循環(huán)路徑可以首先選擇（見圖6）。如果制造特征判斷為無突起的輪廓，且輪廓具有旋轉(zhuǎn)性，則刀具螺旋路徑可以首先確定（見圖7）。如果

17、制造特征判斷為有突起的輪廓，且輪廓無旋轉(zhuǎn)性，則刀具路徑線-弧連接樣式可以首先確定（見圖8）。這些刀具路徑樣式適用于高速加工技術(shù)，且在平滑度上有優(yōu)勢。</p><p>　　圖4 擺線刀具路徑 圖5 弧聯(lián)結(jié)的刀具路徑</p><p>　　圖6 環(huán)路刀具路徑 圖7 螺旋刀具路徑</p><p>　　圖

18、8 線-弧聯(lián)結(jié)刀具路徑</p><p>　　2.高速加工技術(shù)優(yōu)化模型的工藝方案</p><p>　　高速加工技術(shù)的優(yōu)化工藝方案包含許多問題，例如工件特點、刀具、機床和刀具路徑類型等。為了找出時間短、花費低和高質(zhì)量的優(yōu)化組合資源，提出一個如下的綜合評價模型：</p><p><b>　　步驟1：目標(biāo)函數(shù)</b></p><p&

19、gt;　　制造時間 Tm= （2）</p><p>　　D為有效直徑；Vc為切削速度；L為刀具路徑的全長；為每齒進(jìn)給量；為切削深度；為軸向切削深度 ；z為齒數(shù)。</p><p>　　刀具使用壽命 （3）</p><p>　　為刀具使用壽命系數(shù)，為優(yōu)化切削路徑系數(shù)（1.0 ~ 1.3）；為徑向切削深度。 </p>

20、<p>　　加工成本 （4）</p><p>　　F為機床和操作的成本；為單個刀具成本；為更換刀具時間；為全部切削時間。</p><p>　　步驟2：綜合評價模型處理方案</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　、和都為加權(quán)系數(shù)，他們的和為1。、和為平衡系數(shù)，以傳統(tǒng)數(shù)控

21、加工時間、成本和質(zhì)量作為參考分析。它們可以由其它方式確定。為表面質(zhì)量，表現(xiàn)在表面粗糙度上。對于圓頭槽銑刀，近似等于 （6）</p><p>　　為算術(shù)平均偏差系數(shù)，約為300；為的兩個相鄰的刀具接觸點和水平面之間的銳角；C為最小算數(shù)偏差，約為0.2，它與刀具邊緣類型、機械加工表面塑性變形和機床的震動等因素有關(guān)。</p><p><b>　　步驟3：

22、目標(biāo)最優(yōu)化</b></p><p>　　對材料去除率（MRR）的影響是客觀存在的。如果加工部分價格非常高，使用大進(jìn)給量和大切削深度的切削參數(shù)。、和分別選用0.6、0.4和0。</p><p>　　半精加工是粗加工和精加工之間的過度過程。它主要目標(biāo)是提高工件表面質(zhì)量。、和分別選用0.3、0.25和0.45。</p><p>　　精加工的目的是高表面質(zhì)量。一

23、般來講，在精加工中密集的刀具路徑規(guī)劃和切削時間相對較長，通常要花好幾個小時甚至超過十個小時來加工大型零件。具有特殊要求的表面質(zhì)量和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時，、和分別選用0.2、0.2和0.6。</p><p>　　3.高速加工技術(shù)的知識提取</p><p>　　過程-知識提取如下（見圖9）</p><p>　　圖9 過程—知識提取</p><p>　

24、　規(guī)則應(yīng)用到實體之間的關(guān)系表達(dá)那些信息是一個知識單元。生產(chǎn)規(guī)則在本文中有應(yīng)用，并給出如下一個例子：</p><p>　　如果 m_sMachining_feature_str==“輪廓”；//制造特征為輪廓</p><p>　　m_sPartmaterial_str==“alloy-steel” ；//零件材料為合金-鋼</p><p>　　m_sMaterialh

25、ard_str<=35;//材料硬度為35HRC</p><p>　　m_sWorking procedure_style==“rough_mill”;//對于高速加工技術(shù)加工程序為粗加工</p><p>　　THEN tmpDB-> Open(”? \\HSMCutting—toolBase．mdb”)；//刀具基于高速加工技術(shù)</p><p>　　m

26、—pDB- > GetTableDeflnfo(0，tabInfo);//得到粗加工刀具凹穴信息和材料硬度為35HRC。</p><p>　　依據(jù)制造特征，采用推理算法規(guī)則，得出了一些加工進(jìn)程信息。因此，可以通過高速加工技術(shù)的優(yōu)化模型來提取合理的工藝優(yōu)化工藝方案。</p><p><b>　　4.應(yīng)用</b></p><p>　　基于高速

27、加工工藝的自動編程技術(shù)的制造特征應(yīng)用于Superman CAM Ⅱ系統(tǒng)。將此方法應(yīng)用于洗衣機葉輪凸模的制造，凸輪的尺寸為630mm×600mm×200mm，拔模斜度為1°，切削區(qū)域精度為IT6，表面粗糙度為0.4。凸模材料為Cr12MoV。驅(qū)動程序的知識如下：</p><p>　　圖10 驅(qū)動模型 圖11 無制造特征對話框</p&g

28、t;<p>　　步驟1 啟動程序，裝載葉輪模式（見圖10）</p><p>　　步驟2 打開知識驅(qū)動加工子菜單，在對話框內(nèi)輸入無制造特征信息（見圖11），獲取切削區(qū)域的邊際及其特征。該系統(tǒng)在窗口后運行，生成一些加工信息并利用優(yōu)化模型進(jìn)行加工過程優(yōu)化，從而生成局部地區(qū)有建設(shè)性的加工方案。合理的進(jìn)程計劃應(yīng)包括從刀具和機床獲得的基礎(chǔ)信息（見表1）。</p><p>　　步驟3 根據(jù)

29、此加工方案，生成適合高速加工技術(shù)的粗加工和精加工刀具路徑(見圖12)。</p><p><b>　　表一 加工進(jìn)程</b></p><p>　　圖12 凸模葉輪高速切削的刀具路徑</p><p><b>　　5.總結(jié)</b></p><p>　　在本文中介紹了基于制造特征的自動編程技術(shù)。這是基

30、于CAM技術(shù)的技術(shù)探討。此技術(shù)使技術(shù)復(fù)制知識成為可能，并在一些程度上減少了對操作工的經(jīng)驗要求。加工方案是由實證數(shù)據(jù)庫支持，并汲取基于加工實例和加工方案的優(yōu)化模型，所以此加工方案是適當(dāng)和實用的。面向?qū)ο蠹夹g(shù)提供了一種方便、快捷的方式來描述、管理和擴展過程知識。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 范玉青 《現(xiàn)代飛機制造技術(shù)》 北京

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