基于制造特征的三轴高速铣削数控自动编程技术 数控专业大学论文

基于制造特征的三轴高速铣削数控自动编程技术

摘要：运用面向对象技术，描述代加工工件的制造特征。利用最大模糊隶属原则，实现了加工区域几何制造特征的识别。以高速加工工艺数据库和范例库为支撑，采用IF-THEN规则和模糊匹配方法，提出了适合高速铣削加工工艺的工艺信息。提出了以切削时间短、加工成本低、表面质量高为目标的工艺方案寻优模型，该模型有助于形成成功的加工范例。依据已有加工范例和提取的工艺信息，实现了3轴高速铣削加工的自动编程。 关键词：高速铣削；制造特征；工艺知识；数控编程

中图分类号：TP391.73 文献标识码：A文章ID:1005-1120(2007)02-0150-07 简介

CAD/CAPP/CAM集成系统的重要性已广泛被多数制造业企业接受。许多研究者提出CAD/CAPP/CAM集成系统模型是基于其特征的系统。但从设计和制造的观点很难实现CAD/CAPP/CAM 的集成系统。例如普遍使用的UG、Cimatron、Mastercam等，这些CAD/CAM系统仅是从几何信息得到刀具路径。这种安排没有从根本上提高自动化知识的程度。最近两年，许多行业广泛使用高速加工技术。它有许多加工优势，尤其数控安全性高，生产效率高，加工性能好等优势。所以基于制造特征的三轴数控技术应用于高速加工技术，来提高自动化知识的程度，并提高加工效率。

制造特征的表达和区别

通常，制造特征可分为几何制造特征和非几何制造特征。为提高其可重复性和可扩展性，制造特征被描述为面向对象技术。在高速加工技术中，切削区域的几何制造特征通常被定义为凹穴和轮廓。凹穴属性间的关系图如图1。

主界面：组成 版本 材料 尺寸

零件 名称 图标序号 重量 质量 精度 一 四 三 二 子界面：切削区域 切削 区域 形状 精度 主界面：组成 质量 机床 夹具 子界面：切削区域 工序 …

凹穴 孤岛高度 数 主界面：切削区域 孤岛与凹穴间最小过底部的最小渡边际 形状 距离 子界面：切削区域 孤岛间的最小距离 在底部的最小距离 … 孤岛 形状 位置 主界面：凹穴 高度 最小过渡边际 子界面：切削区域 … 图1 凹处制造特征模型 制造特征的辨别

凹穴和轮廓的辨别可以通过切削区域的水平边际和最大范围的水平投影边际间的包含关系辨别。如果后者包含前者，为凹穴，否则，为轮廓。底部形状、高度和过度圆角的制造特征可以从在切削区域垂直面和曲面的交叉点获得。凹穴和孤岛间最小距离，孤岛与切削区域的一般制造特征可由以下算法算出。 1.2.1几何制造特征间最小距离的计算 1.2.1.1凹穴和孤岛间最小距离的计算

（1）计算最大范围内的凹穴和所有孤岛（见图2） （2）在凹穴获得孤岛的四个极端位置：左，右，上，下

(3)计算凹穴和孤岛的最小距离见

（见图3）

（4）确定最小距离 图2 凹穴与孤岛

复制凹穴边缘-环，取得孤岛数N，令i=0 Y Y N Dmax

1.2.1.2 计算孤岛间的最小距离

（1）在孤岛链表中计算孤岛数量N，设置最小距离dmin和可变量i（1,2，…，N-1）。如果N=0，调至步骤（7）。

（2）在给定孤岛顺序的列表中获得第一个孤岛（间图2） （3）N==1？判断为真调至步骤（7）；判断为假，进入下一步骤。 （4）在（N-1）个孤岛中获得第i（i>1）个孤岛。

（5）计算第i个孤岛与第一个孤岛间的距离。这一问题也是二分法求解的方法。假设边缘-环的偏置距离（O-D）为H，这个孤岛的边缘-环外偏置，从而产生边缘-环偏移量

，第i个孤岛的外偏置产生第i个孤岛的边缘-环外偏置

。

该计算孤岛间距离的方法和计算凹穴与孤岛间最小方法相同。

（6）i=N-1?判断为真时，从孤岛列表中删除此孤岛，回到操作（1）；判断为假时，i=i+1，回到操作（4）。 （7）确定最小距离

然后确定精加工刀具的直径D=

1.2.2对称和旋转的模糊识别

定义1：△是在切削区域特征元素的对称和旋转误差。

a，b为凹穴或轮廓周边的侧边长。

定义2：E为误差特征元素中心与给定的对称和旋转中心的误差。 E=||Ci-Cc||

定义3：A为切削区域和一水平面（如岛环或主环、孔环，j=1，……，m）产生交集的模糊集合，切削区域和水平面属于对称和旋转中心给定的中心，

为其隶属函数。

在模糊集合A中是由各级不同特征元素组成，如果隶属的特征元素在各级中都不存在，则令其为1.

定义4：

为属于对称和旋转部件的区域特征的模糊结合，

在切削区域辨别一般制造特征可用如下的方法： 步骤1：调用部分模型和无制造特征的输入信息。

步骤2：提取切削区域的特征，识别切削区域（凹穴和轮廓）。 步骤3：区分特征元素是否为可旋转部件。

可旋转部件