模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究(下)

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3) 半精加工刀具选择
5 {7 G+ `" ]: {/ K2 ?8 l1 k1 w" g* b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;
6 R2 y$ }3 q* Q& M/ k6 [/ F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;
& U' ?3 m1 A  f/ n8 e- d步骤7 选择铣削深度大于x 的最小刀具。
4 D! r$ R' E2 x  p2 o/ M4) 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：
- M2 D) J, w. H5 C步骤1 从零件实体模型计算最小曲率半径;
5 f$ M' J$ F2 O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
# O$ R$ W4 ?8 {, b/ @% BCATS 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
% r8 W# M7 [/ r7 f5 z& ?- V4 小结与讨论
, S1 C4 {) K. n& S" J3 b' H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