雙主軸鉆削中心對孔群加工方法探究

許麗華　王卓群　張榮英

摘 要：對于多孔系工件，雙主軸鉆削中心的加工技術(shù)作為一種高科技鉆孔技術(shù)逐漸得到應(yīng)用和發(fā)展。本文基于蟻群算法 ，以最短加工路徑為目標(biāo) ，以無碰撞地繞過所有的障礙物為約束條件，做出了雙軸鉆削加工的優(yōu)化加工的算法方案，針對多種孔型的工件，兼顧了優(yōu)化工藝方案，最終獲得了優(yōu)化的加工路徑。此外，在加工一個(gè)孔位到最終尺寸， 由于采用不同的刀具和不同的切削速度 ，直接影響了加工時(shí)間成本。所以，鉆削加工技術(shù)致力于提高效率和質(zhì)量一直是研究的主要方向。

關(guān)鍵詞：蟻群算法 雙軸鉆削 探究

中圖分類號(hào)：U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）03（b）-0069-02

孔群加工目前加工行業(yè)非常典型機(jī)加工過程。例如， 注塑模具中常見孔群，孔的數(shù)量很多，并且直徑，深度， 誤差， 表面粗糙度要求都不同，是否需要螺紋加工也是一個(gè)特點(diǎn)，因此需要大量的不同刀具和換刀操作 。由于是點(diǎn)位控制的特征 ，刀具行進(jìn)耗費(fèi)了相當(dāng)多時(shí)間花在刀具的換位加工及換刀操作上。有關(guān)研究表示，刀具和工件的運(yùn)動(dòng)在加工過程中平均占用了70%的時(shí)間。此外，在加工一個(gè)孔位到最終尺寸， 由于采用不同的刀具和不同的切削速度 ，直接影響了加工時(shí)間成本。所以，鉆削加工技術(shù)致力于提高效率和質(zhì)量一直是研究的主要方向。

1 實(shí)施方案

孔群加工的生產(chǎn)效率取決于鉆孔的加工時(shí)間和鉆頭從一個(gè)孔位走刀到另一個(gè)孔位的輔助時(shí)間。因此，對鉆削過程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和加工路徑的優(yōu)化是提高生產(chǎn)效率的兩個(gè)關(guān)鍵問題。整體方案流程圖如圖1所示。具體實(shí)施如下：

（1）依據(jù)零件三維模型，讀取待加工孔的信息，包含孔 CAD 模型特征參數(shù)，孔類型，孔尺寸，孔數(shù)量，孔坐標(biāo)位置和工藝數(shù)據(jù)信息，并建立孔參數(shù)數(shù)據(jù)庫 ；同時(shí)讀取工件外形參數(shù)，用于加工區(qū)域劃分和算法尋優(yōu)的參考。所述的 CAD 模型驅(qū)動(dòng)參數(shù)包括： 零件建模立驅(qū)動(dòng)參數(shù)；孔類型；孔數(shù)量；孔坐標(biāo)位置；孔工藝數(shù)據(jù)信息。

（2）建立孔加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫，信息庫包括根據(jù)孔的類型和深徑等量化特征，轉(zhuǎn)化成的對應(yīng)加工時(shí)間。從孔加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫中提取工藝數(shù)據(jù)信息參數(shù)，用于計(jì)量孔加工時(shí)間和刀具換刀時(shí)間的測算；通過掃描刀庫所需刀具信息和所需的換刀時(shí)間，根據(jù)刀具數(shù)量及換刀次數(shù)，計(jì)量時(shí)間；根據(jù)孔加工時(shí)間工藝信息數(shù)據(jù)庫，合計(jì)估算出總加工時(shí)間。

（3）根據(jù)所粗略測算的加工總時(shí)間初步平均分配 1 軸和2軸，做出兩主軸加工區(qū)域的預(yù)劃分；根據(jù)分配好的區(qū)域，兩主軸分別生成各自加工的最優(yōu)路徑，再次精確測算 1軸和2軸的加工時(shí)間。

（4）比較兩軸的加工時(shí)間T1-T2差值，根據(jù)允許最大時(shí)間差△t；當(dāng)時(shí)間差過大時(shí)，依據(jù)孔加工工藝庫，孔參數(shù)數(shù)據(jù)庫，工件外形參數(shù)，重新作出區(qū)域調(diào)整，再次優(yōu)化路徑，計(jì)算兩主軸的加工時(shí)間；多目標(biāo)優(yōu)化算法尋優(yōu)，直至?xí)r間差符合加工效率最高的條件時(shí)，形成最后的加工區(qū)域和加工路徑的劃分。

（5）生成加工代碼。

2 結(jié)語

通過本方案對雙主軸鉆削中心對孔群加工方法的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和加工路徑優(yōu)化方法進(jìn)行研究，共分為了6步。通過建模，采集數(shù)據(jù)，分類劃分等策略，具體采用蟻群算法對鉆削過程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，生成了一條位置和速度都連續(xù)的平滑運(yùn)動(dòng)軌跡；兼顧各類孔型的加工工藝，所需的刀具及換刀時(shí)間；然后將孔群鉆削的加工路徑優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為分層 TSP問題進(jìn)行求解，基于蟻群算法，以最短加工路徑為目標(biāo)，以無碰撞地繞過所有障礙物為約束條件，獲得了優(yōu)化的加工路徑。通過仿真證明，此方案確實(shí)實(shí)現(xiàn)了孔加工分配的合理性，同時(shí)提高了加工效率，為實(shí)際加工提供了有效的理論指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 周鯤，邵華.基于Hopfield算法的孔群加工路徑規(guī)劃[J].模具技術(shù)，2003，21（1）：48-51.