英语原文共 14 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
附录 译文
五轴圆顶小球成型磨具的最佳工具长度的计算
摘要
该研究为五轴模具加工提供了一种有效的刀具长度优化计算方法。拟议程序-分析由商用凸轮系统生成的输入数控数据，并通过对所选NC块上需要减少刀具长度的刀具方向。测试结果表明，该研究特别是适用于五轴加工注塑模具中深腔的陡壁特征。所开发的系统在一个国内模具制造公司。
关键词：五轴加工；最佳刀具长度；数控数据；模具
一．介绍
五轴数控加工有其自身的优点，具有广泛的应用前景用于汽轮机等各种零件的制造叶片、船用螺旋桨和模具[1-3]。其中一个优点是便于灵活使用较短的刀具相比于三轴加工，特别是深腔加工或垂直墙区域。此外，较短的刀具长度提供在加工中提供更好的精度和表面质量，因为减少刀具偏转[4，5]。另一方面，切刀太短可能导致刀架与切口碰撞工件。因此，必须提供一个最佳的（即最短和可行的）刀具长度，以避免意外碰撞。加工刀具的刀具长度定义为从刀尖到刀架底面，如图所示在图1中。通常使用商用凸轮系统，需要加工条件包括刀具路径模式、刀具方向、刀具几何图形，加工过程中的最小刀具长度、机床运动学等，凸轮系统通常沿一定刀具长度的刀具路径。否则，它会计算当预先定义的刀具方向在不修改每个CL点。注意，稍微修改一下刀具定向可以减少刀具长度，特别是在如图2所示的陡壁区域。刀具优化研究进展方向[6-10]或工件设置方向[11，12]英寸可以找到四轴或五轴加工。同时，研究通过C空间确定刀具长度[13]，可见性数据[14]，或加工模拟[15，16]建议有效方法论。然而，大多数研究认为优化刀具方向或刀具长度计算，以及工具实际应用的集成方法-长度优化将有助于深加工铸模的腔。这项研究的重点是计算最优的（即feasi-ble minimum）从com生成的NC数据的刀具长度-商业摄像系统。分析数控数据进行搜索应减少刀具长度的某些NC块。那么通过轻微改变刀具方向来减少刀具长度在选定的NC块上，以及刀具的附加优化执行定向。第2节描述了过程。第3节介绍刀具长度的优化以及刀具方向。接下来是实施和一些例子。
二．总体程序和准备
2.1总体程序
最佳刀具长度的计算方法如图3所示。输入数据由NC数据生成器组成从一个凸轮系统，主模型（模具CAD数据），机器和工具的配置和几何结构，最小刀具长度。端部的最小刀具长度铣刀，由模具制造公司提供，意味着刀架中的最小可安装刀具长度，根据它的形状和大小而变化。所以，它合理地限制最佳刀具长度。该程序可简要描述如下：
（1） 在不改变电流的情况下计算初始刀具长度每个NC块的刀具方向。
（2） 搜索刀具长度相关的目标NC块操作是必需的。
（3） 通过计算目标NC块的最佳刀具长度修改每个目标NC块的刀具方向。
（4） 确定目标数控块的最佳刀具方向计算出的最佳刀具长度。
（5） 对修改后的NC块进行后处理。
2.2初始刀具长度和目标NC块
每个NC块的初始刀具长度是最小的由刀具求出的数控块可行刀具长度维护当前（初始）工具时的可行性检查每个刀具位置的方向。工具可行性检查是通过检查可能的干扰来执行：机床轴限位，刀具组件之间的碰撞（即刀架r和刀柄）和主模型， 详细的程序在先前的工作中被描述了。刀具位置方向（即CL数据）可以通过求解机器的反向运动学。
图4描绘了一组初始刀具长度的示例图数控块。它显示了最小可行的最大值所有NC块的刀具长度为79 mm，应为数控数据的初始最优刀具长度优化过程。然后是可行的NC块选择刀具长度大于阈值刀具长度；选择所选块上的可行刀具长度将减少修改刀具方向。那么最佳刀具长度整个NC块减少。图4中的虚线表示阈值刀具长度（例如65 mm）和NC块刀具长度大于该值的刀具成为目标NC阻碍。研究中的阈值是输入最小值-最大刀具长度，但可由NC设置替代值程序。
三．最佳刀具长度和刀具方向
3.1最佳刀具长度
通过修改刀具方向可获得最佳刀具长度和最小可行刀具长度的确定与搜索目标NC块。允许的刀具方向变化每个刀具位置都是有界的，以便将更改最小化。刀具方向由仰角和方位角在全局坐标系中，当每个局部角度变化由预定义的角度范围（例如，plusmn;5°）限定为如图5所示。角度范围是根据相关的搜索[7]。现在每个目标的新最小可行刀具长度（Lk）确定NC块，得到{Lk}的集合。则最佳刀具长度（Lo）为{Lk}的最大值。每个新的Lk都是通过搜索TL映射（tool）来确定的长度映射）定义在二维有界角上域（方位仰角域）。TL图是con通过计算最小可行刀具长度来构造定义的网格点如图6所示，其中初始工具-长度为79 mm（即在中心）。注意，初始工具长度是当前刀具的最小可行刀具长度-定向，但如果刀具方向改-5°（即，新Lk=64）。最后所有目标NC块的{Lk}最大值变为可选刀具长度：对于图4所示的样品箱，为65mm。
3.2最佳刀具方向
既然确定了允许的最佳刀具长度基于TL映射，下一步是修改工具Lkgt;Lo的目标NC块的方向，使其最小可行刀具长度变为Lo。这很容易做到使用TL-地图。图7示出了示例结果。如前所述之前，TL映射的中心对应于原始工具在图7（a）中被描绘为点的方向。而且图7中的绿色区域表示刀具方向实例，其中可能的最小可行刀具长度等于或小于Lo；因此，此区域内的任何刀具定向实例都是允许（即刀具方向变化不影响Lo）。这种区域称为FOA（可行方向区域）研究。Lkgt;Lo目标数控块的刀具定向应更改为相应使与中心的距离最小化。对于图7（b）中的示例情况，刀具方向为更改为（-3°，-4°）。图8示出了刀具ori的部分结果示例目标NC块的方向更改，其中垂直轴表示刀具位置之间的笛卡尔距离（即NC块）。此外，应避免工具突然在加工过程中改变其方向，可能导致表面光洁度差。解决这个问题的方法之一是平滑通过的刀具方向曲线（见图8）通过一系列的FOA，这将是一个进一步的研究课题。
四．实现和举例说明
用Visual C 实现了描述过程基于I-Master CAM系统的Windows XP（见图9）[17]。所开发的系统目前应用于5轴加工车灯注塑模具的加工在韩国的一家公司里。上使用的五轴机器之一地点是迪诺五轴机[18]。以一个模具模型为例，选择了两个对精切5轴数控数据（NC-A、NC-B）进行测试（见图。10） 。PowerMill*[19]CAM系统生成NC数据，每个分别地由3650和8602个NC块组成。初始刀具长度图如图11所示，其中NC-A的最大刀具长度为79.1 mm，并且NC-B为17.1 mm。注意，刀具长度应为大于最大刀具长度。85毫米和23毫米在实际加工中选择此系统时不使用。总结了刀具长度优化过程的结果在表1中。5个。结论与进一步研究我们提出了一种数控机床的最佳刀具长度计算方法从商业CAM系统生成的数据，并应用于对模具进行五轴数控加工。综合该方法提供了刀具长度的实际应用五轴加工的优化。测试结果表明该方法有效地缩短了刀具长度-特别适用于加工高壁厚的深孔注塑模具。开发的系统用于韩国梅斯特模具制造公司。如果该方法应用于切或半精切需要进一步研究提高刀具综合精度，因为要切割的是真正的工件添加的材料比主模型预期的多（即设计面）。一种高效的切削模拟过程不断模拟精确的工件形状将解决这个问题。
致谢
这项研究得到了延南大学2011年的研究补助金的支持。
工具书类
Jung Whan Park是韩国延南大学机械工程学院。他获得物理学学士学位和博士学位工业工程学位。研究兴趣包括五轴加工，数字制造，生物医疗软件开发。
通过工件设定和刀具方向优化来改善五轴加工的动力学
摘要：
五轴加工优化的现有工作主要集中在加工效率和精度，而机床的动态性能尚未得到充分解决，尤其是在高速加工，其中旋转执行器的动态能力有限。本文进行了一项研究报告了如何生成刀具路径，从而使旋转轴的最大角加速度可以减少五轴机床的使用寿命。为此任务提出了两种独立的方法：（1）通过优化机床工作台上的工件设置，以及（2）通过发现更好的倾斜和偏航工具方向的角度。本文结合了工件的设置参数进入逆运动学方程，并根据这些方程的数值解。毫无疑问，改变工具方向会影响加工的表面质量，我们介绍了所谓的几何约束域将限制零件表面上切刀接触点处工具的允许倾斜度和偏航角，从而确保满足无局部气刨和尖顶高度的要求。为了第一方法–寻找最佳的工件设置–一种启发式方法，即遗传算法（GA），而对于第二种方法–刀具方向的约束优化–我们基于作者进行分析的结果，提出了一种精心设计的算法。在在论文的最后，据报道计算机仿真实验证明了该方法的有效性。我们提出的方法和算法。
介绍
五轴数控（NC）加工已得到广泛应用在工业上用于加工雕刻表面，例如船舶叶轮，涡轮叶片和螺旋桨，高精度镜头等。五轴NC加工要复杂得多，与传统的三轴加工相比。虽然在五轴数控方面的研究加工领域广泛，其重点遍布各种各样的主题，例如刀具轨迹的生成，工具方向优化，运动学误差归约，刀具路径插补，奇异避免配置等等，仍然有很多悬而未决的问题，其中之一就是动态性能机床的旋转轴。具体来说，根据一些现有标准被认为是好的甚至最佳的可能要求旋转轴的角加速度过高，并且从而对机器人施加过大的-通常是不可行的-动态负载机床。这在高速加工的情况下尤其令人关注，在高速加工中，旋转轴的驱动始终是提高加工效率的瓶颈。因此，我们的目标是对此进行深入研究动态加载问题并提供实用有效的解决办法。在下面，我们首先回顾一些背景知识以及过去关于五轴加工生成的刀具轨迹的研究，从五轴加工开始。
1.1.五轴加工的逆运动学
现有的五轴加工的逆运动学研究主要集中在五轴加工的运动学模型上运动误差和奇异位形。Bohez等人系统介绍了不同类型的五轴并分析了各自的缺点以及优势。在进一步的工作中，他们总结了建立了五轴加工的误差模型。Lee和She建立了三种最流行的五轴铣床，但没有对运动误差进行了分析。索比[14]延长了通过建立非正交旋转轴五轴机床的数学模型的工作，并提出逆运动学中处理奇异点的解。然而，他对奇异点的稳健性得到了实现以需要非常小的刀具方向改变为代价不可避免地有可能导致更大的累积数值错误。Affouard等人 引入了一个有趣的概念，叫做奇异锥，表示工具路径根据奇异锥变形并插值用B样条曲线来避开圆锥体区域。在研究减少反向运动学误差，Munlin等人最小化机床平稳点附近的运动学误差将问题表示为最短路径搜索约束区域为A轴和B轴的角度，并进行了优化过程用贪婪的离散方法导出Dijkstra算法。后来，Anotapaiboon等人通过以下方法最小化运动学误差在五轴加工中选择合适的工件设置，包括不超过6个参数，即位置以及工件相对于机器的方向坐标系和机器的配置，以及优化过程采用最小二乘法。
1.2.五轴加工的优化
在过去15年左右的时间里，有大量的研究对五轴加工中的各种优化感兴趣。然而，这些优化主要是为了改进加工效率或加工精度零件坐标系。在刀具轨迹的规划中（也称为刀具接触曲线），Suresh和Yang提出了这一概念目的在于保持等扇贝高度的等扇贝刀具路径。Lo通过自适应选择进一步扩展了该思想以平端刀具的刀具倾斜度，同时尝试最小化刀具路径的总长度。阿格拉瓦尔等[21]通过选择合适的刀具路径，使刀具路径的长度最小化使用遗传算法（GA）的主路径方向。王和唐]提出了一种基于关于所谓的iso二次曲线概念在零件表面发现锥，以产生刀具接触曲线，减少角速度和角加速度A轴归零。不幸的是，他们的算法只适用于在主轴上有两个旋转轴的特定五轴机床。然而，在刀具路径中的刀具方向规划中，大多数现有的方法选择固定定向实践，即工具方向相对于切割器接触点。这种不灵活的缺点是严重的缺点是，对于具有高曲率的零件表面刀具方向经常要经历剧烈的变化在旋转轴上产生大的角速度和加速度机器。Morishige等人依赖于强大的代数用于确定刀具方向的C空间刀具，其中得到的刀具方向在无碰撞条件下得到进一步的平滑；然而，一些重要的局部几何不考虑局部刨削等特性在他们的算法中。Jun等人 通过添加C空间中的局部无凿槽约束；此外解决了工具方向发生巨大变化的问题提出了在C空间中平滑刀具方向的方法。在他们的最近的工作，王、唐也走了一步考虑最大角速度的限制并给出了详细的刀具轨迹生成需要一个系统框架将其编织在一起的算法所有必要的考虑，如避免碰撞、局部刨削和刀具的角速度。尽管如此[中的工作是根据零件坐标完成的独立于特定机器的系统（PC），因此容易引起机器的沉重动态负载旋转轴众所周知，刀具上的刀轨是光滑的方向（但仅以个人电脑为单位）可能会欺骗特定五轴机床A、B或C轴上的严重角加速度。除此之外，还有很多尝试以不同的目标和不同的技术。Lavernhe等人优化了工具每个CC点的方向，旨在找到最佳运动参数，从而减少高速加工中的编程和实际进给速度。耶熊通过优化提高了加工精度几何加工参数，如刀具方向，刀具形状，工件设置。Ho等[七]使用四元数插值方案平滑工具定向，旨在减少切割误差在PCS中，Fleisig和斯彭斯使用了连续样条函数近似刀具位置和方向接近恒定进给速度，减小角加速度；不幸的是，插值是在PCS中执行的。Chiou和Lee寻找基于关于扫掠包络方法，考虑了局部凿槽和全球碰撞。Kim和Sarma建立了一个工具模型路径作为向量场的流线通过选择CC点的最佳方向机器旋转电机速度限制和尖点高度限制和最佳性能方向封套是用贪婪近似法找到的，但是，这个非常复杂的系统没有实现，也没有具体的提供与机器相关的解决方案。赵介绍地板、墙壁和天花板的概念，用于确定最佳的局部无凿槽刀具方向，尽管最近在PC中，卡斯塔涅蒂等人引入了一个有趣的领域概念容许方位（DAO）的每个CC点的刀具方向。DAO最初是定义好的作为一个矩形然后变成一个不规则的特定机床坐标系（MCS）中的区域随后用四边形逼近。中的每一点四边形表示关联的CC点。然后可以直接在四边形以找到所需的最佳刀具方向目标。Debout等人在特定制造的刀具方向平滑过程-自动纤维放置-虽然不能扩展到
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[423571]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
