模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究（二）
考虑到不同的搜索平面步长会产生不同的加工层，从而导致不同的加工时间和残余体积，因此有时尽管总的加工时间较短，但残余体积可能较多。由此可见，单独以加工时间为目标进行优化有时并不一定科学。为此，提出了效率系数的概念，综合考虑了加工时间和残余体积的因素，加工时间越短，残余体积越少，则效率系数就越高3)半精加工刀具选择
半精加工的主要目的是去除粗加工残留下的台阶状轮廓。为完全去除台阶，铣削深度必须大于每一台阶到零件表面的距离x。其算法步骤如下：
步骤1由零件实体模型获得两个相邻截面的表面积以及相应的轮廓长度; 步骤2计算平均轮廓长度; 步骤3计算台阶宽度; 步骤4计算台阶拐角到零件表面的法向距离x ; 步骤5重复步骤1～步骤4，决定每一台阶的铣削深度; 步骤6计算刀具直径D，按经验D=x/0.6或根据刀具手册推荐; 步骤7选择铣削深度大于x的最小刀具。
4)精加工刀具选择
精加工刀具选择的基本原则是：刀具半径尺寸R小于零件表面最小的曲率半径r，一般取R=(0.8～0.9)r。其算法步骤如下：
步骤1从零件实体模型计算最小曲率半径; 步骤2从刀具库中检索出刀具半径小于计算所得的曲率半径的所有刀具; 步骤3选出满足上述要求的最大刀具; 步骤4如果所有刀具大于最小的曲率半径，选择最小的作为推荐刀具。
3系统实施及算例
CATS系统在UG/OPEN API环境下应用C语言开发而成。后台数据库为Oracle 8i，利用ODBC编程实现UG与数据库之间的通讯。所有的刀具数据及知识来自德国WALTER公司的硬质合金刀具综合样本。
图4为一包含岛及雕塑曲面的模具型腔，根据上文提出的粗加工刀具组合的优化方法，该模具型腔粗加工刀具的优化组合为20，12，8，5。计算中，工件材料选定为中碳钢，切削速度推荐值为100m/min，铣削深度为刀具直径的1/ 2，进给量根据刀具推荐值由程序自动修正计算。同时，假定刀具库中现有平头铣刀刀具规格为f3，f4，f5，f6，f8，f10，f12，f16，f20。同样，根据半精加工和精加工的刀具选择算法，得到的球头铣刀的刀具直径分别为4和3。
4小结与讨论
模具型腔加工的工艺规划通常需要很高的技术与经验，准备NC数据的时间几乎和加工时间一样多。因此，自动产生型腔加工的工艺计划及NC加工指令的需求就显得愈加迫切。
本文系统研究了模具型腔工艺规划中的刀具选择问题，提出了模具型腔粗加工、半精加工、精加工刀具选择的原则和方法，构造了相应的实现算法，并在UG/OPEN API环境下进行了初步编程实现，开发了CATS原型系统。在刀具类型和规格确定的基础上，系统还可根据刀具手册推荐加工参数(切削速度、铣削深度、进给量等)，对相应的加工时间进行评估。其最终目的是真正实现CAD/CAM的集成，继而通过后处理产生数控加工指令。目前CATS系统的界面还是独立于UG的CAM界面，CATS的决策结果还需要用户重新输入到CAM。
需要指出的是，要提高模具型腔的总体加工效率，需要从粗加工、半精加工、精加工的整体上考虑，进行多目标组合优化，这将是我们下一步要进行的工作。
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