模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究(下)
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。
图4 包含岛及雕塑曲面的模具型腔
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。
文章关键词： 模具
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