汽車覆蓋件中模具加工刀具的選擇及軌跡規(guī)劃探究

代福增

摘要：在數(shù)控加工中有很多重要的加工步驟，其中刀具選擇和刀具軌跡的產(chǎn)生是最為關(guān)鍵的兩個(gè)部分。由于汽車覆蓋件模具加工程序復(fù)雜，加工步驟繁瑣，在各種不同類型加工時(shí)必然會涉及不同大小，進(jìn)行了刀具選擇問題的研究。

關(guān)鍵詞：汽車覆蓋件 刀具選擇 刀具軌跡

一、汽車覆蓋件模具加工的刀具選擇

通常所說數(shù)控加工的刀具選擇即為刀具類型和刀具尺寸的選取。在實(shí)際應(yīng)用中，刀具的選擇常常要考慮的諸多的因素，譬如加工速度的快慢，加工時(shí)間的長短，切削效率的高低、加工成本的大小以及使用壽命的長短等等的因素都要求刀具選擇進(jìn)行優(yōu)化分析。

（一）粗加工刀具選擇的優(yōu)化分析。汽車覆蓋件模具粗加工毛坯中以鍛造鑲塊毛坯與鑄造毛坯為主，這里鑄造毛坯的粗加工走刀模式選擇方法和精加工類似，以下內(nèi)容是詳細(xì)探討汽車覆蓋件模具鍛造鑲塊毛坯中粗加工刀具的選擇和優(yōu)化。

在選擇刀具直徑時(shí)應(yīng)該考慮的因素有：

1.在加工幾何體的最小半徑時(shí)，就是選擇精加工刀具的最大直徑其中主要因素，也正是選擇了粗加工的刀具最大直徑重要的參考因素；2.粗加工—半精加工—精加工刀具搭刀量之間的關(guān)系；3.為了提高加工效率，應(yīng)該盡量選擇大直徑刀具；4.和現(xiàn)場的刀具庫存情況有關(guān)。

下面為對汽車覆蓋件模具粗加工時(shí)刀具組合進(jìn)行優(yōu)化的方法：

1.用一定的步長做一組垂直于進(jìn)刀方向的搜索平面與汽車覆蓋件模具型腔實(shí)體相交，形成若干搜索層。2.根據(jù)要求計(jì)算出搜索平面與型腔實(shí)體的截交輪廓。3.通過計(jì)算得出對刀具的選擇產(chǎn)生影響的關(guān)鍵距離。4.對若干個(gè)搜索層采用相鄰的關(guān)鍵距離相差小于給定的閾值的合并原則對搜索層進(jìn)行合并。5.對每個(gè)加工層進(jìn)行分析，并確定該層的使用的何種型號的刀具或刀具組合進(jìn)行的加工。6.查閱資料，針對不同材料設(shè)計(jì)的加工參數(shù)不一樣，如切削速度的大小、切削深度的多少和進(jìn)給速率的快慢等等。7.根據(jù)具體的加工參數(shù)以及毛坯的實(shí)際體積計(jì)算出每個(gè)加工層的具體加工時(shí)間。8.再計(jì)算出粗加工后毛坯的剩余體積以及整個(gè)粗加工過程中所消耗的時(shí)間。9.最后對這一組粗加工所使用的全部刀具進(jìn)行加工效率的一個(gè)總體評分。10.再從步驟1開始執(zhí)行，選取其他刀具進(jìn)行操作，不斷的對比評分結(jié)果，擇優(yōu)選取。

（二）精加工刀具選擇的優(yōu)化分析。精加工的目的是完成整個(gè)零件的加工，使模具零件能夠達(dá)到生產(chǎn)要求。下面為對汽車覆蓋件模具精加工刀具進(jìn)行優(yōu)化的方法：

1.依據(jù)實(shí)際的汽車覆蓋件模具的具體大小，進(jìn)行分析比較并計(jì)算出其最小的曲率半徑。2.從相關(guān)參考資料以及根據(jù)經(jīng)驗(yàn)篩選出的刀具庫中選出所有刀具半徑比上述步驟計(jì)算出的曲率半徑小的刀具。3.最后將選出的刀具進(jìn)行篩選，選出能夠滿足以上條件的最大的刀具。4.如果之前所選出來的所有刀具都比第一步計(jì)算出來的最小曲率半徑大，則只能選擇相對最小的刀具作為推薦加工刀具。

二、汽車覆蓋件模具刀具軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)

數(shù)控加工刀具軌跡生成的基礎(chǔ)是幾何造型，而只有在刀具的刀具軌跡的生成是合理的情況下才能保證模具零件的質(zhì)量。所以必須對汽車覆蓋件零件模具的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行提前仿真編譯，這樣才能保證刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡準(zhǔn)確性。

（一）刀具的軌跡。刀具軌跡俗稱叫法走刀路線，指的是加工過程中刀具相對于工件的運(yùn)動(dòng)路線。行切走刀模式分為單向走刀模式（Zig）、往返走刀模式（Zig-Zag）、環(huán)切走刀模式。

（二）典型曲面刀具軌跡分析。汽車覆蓋件表面曲面復(fù)雜而又多樣，有的是旋轉(zhuǎn)面、有的是直紋面、和列表柱面及自由曲面等多種曲面構(gòu)成，所以針對各個(gè)曲面采取的加工方法也不一樣，下面對這幾種典型的曲面刀具分析軌跡規(guī)劃：

1.旋轉(zhuǎn)面加工刀具的軌跡：旋轉(zhuǎn)面主要有軸類旋轉(zhuǎn)面與盤狀旋轉(zhuǎn)面。

2.直紋面加工的刀具軌跡：典型的直紋面分為封閉的和非封閉的兩大類。

3.列表柱面加工刀具的軌跡：典型的列表柱面是由一條曲線沿一矢量拉伸一段距離從而生成的曲面。平常列表柱面的采用行切的走刀模式，走刀方向?yàn)槔旆较颉?/p>

4.自由曲面加工的刀具軌跡：汽車覆蓋件模具中自由曲面是大量存在的，在研究汽車覆蓋件模具刀具軌跡時(shí)必須在保證加工零件的加工精度的同時(shí)還要考慮刀具在切削運(yùn)動(dòng)中受力是否平穩(wěn)的問題。

模具的幾何信息和加工工藝參數(shù)確定以后，對這些采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，經(jīng)過推理、決策來選擇最優(yōu)的刀具軌跡。

（三）粗加工刀具軌跡的優(yōu)化。粗加工走刀模式優(yōu)化處理的過程：1.判斷待加工區(qū)域的類型，通常分為無島嶼區(qū)域、單島嶼與多島嶼區(qū)域。2.在查詢對區(qū)域邊界加工余量均勻性是否有要求。要是有，則最好的走刀模式是平行環(huán)繞加工的方式，若對零件的加工表面有特殊要求時(shí)，選取相應(yīng)的走刀模式。

（四）精加工刀具軌跡的優(yōu)化。精加工刀具軌跡的優(yōu)化目標(biāo)就是通過一定方法獲得最短和最均勻刀具的軌跡來完成對汽車覆蓋件模具曲面銑削過程，同時(shí)使銑削過程處于良好切削的狀態(tài)。精加工設(shè)計(jì)刀具軌跡時(shí)應(yīng)考慮的因素有：1.刀具軌跡對表面質(zhì)量的影響；2.刀具軌跡的合理選擇。

精加工刀具的軌跡優(yōu)化處理過程：1.依據(jù)曲面片的法向與刀具軸方向的夾角對待加工曲面進(jìn)行的分區(qū)。2.對待加工曲面法向接近刀具軸方向的曲面片，曲面法向與刀具軸方向夾角較小時(shí)，因?yàn)樵诩庸し秶鷥?nèi)曲面片高度差的不大，我們可以利用沿著垂直曲面主輪廓的方向雙向走刀的模式。3.對待曲面法向和刀具的軸方向是否夾角較大一般為250°以上的曲面，假如高度落差比較小，應(yīng)該使用單向上行走刀的模式。

合理的刀具軌跡不但能夠提高被汽車覆蓋件模具零件的加工質(zhì)量，而且也能減少刀具磨損延長刀具的使用壽命以及提高機(jī)床加工操作的安全性。如何才能生成合理的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡？必須熟悉被汽車覆蓋件模具零件的表面幾何形狀和特性，再根據(jù)汽車覆蓋件模具零件的表面特征情況構(gòu)造出合理的曲面，并且嚴(yán)格選取加工參數(shù)，根據(jù)構(gòu)造曲線以及加工參數(shù)生成所需的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張麗.汽車覆蓋件模具數(shù)控加工中刀軌規(guī)劃優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2000.

（作者單位：河北滄州中捷職業(yè)技術(shù)學(xué)校）