基于特征的刀具选配系统的研究与开发

一、引言

现代制造技术的发展及数控加工设备的广泛使用,极大地推动了切削技术的进步。随着生产加工过程数控化和自动化的需要,对金属切削刀具提出了高可靠度、高精度、快速转位更换等更高要求。自1980年首次推出模块式工具系统BTS以来,模块化刀具以其快速灵活的特点迅速被各企业广泛使用,在一定程度上解决了过去刀具组配单一、结构简单的问题。但模块化刀具结构设计复杂,切削部分的形状种类繁多,给机械加工和刀具设计人员合理选择刀具带来一定困难；同时,刀片型号的增加也给刀片采购和管理带来不便,为用户快速、高效及正确选择刀具增加了难度。为使企业对刀具需求迅速做出响应,在切削加工中快速高效选择刀具成为切削加工系统的客观需求。根据不同加工特征,自动选择所需刀具对实现自动化切削加工及智能化刀具管理具有十分重要的意义。

本文在工件特征分析的基础上,重点对刀具选配系统进行总体功能和结构的设计,并利用数据库理论进行系统框架模型的建立,最后给出加工实例。

二、工件特征分析

特征是把零件按设计功能、几何形状和对应的制造过程分解后所得到的组成部分,它由一组几何实体、工艺属性及所需要的制造活动(工艺规划、数控编程等)所组成。PDES/STEP标准描述特征时分为3个大的层次:零件层(应用层)、特征层(形状层)和几何层(表达层)。如图1所示,零件层不仅包含形状信息,还包含了应用领域的相关内容,如功能说明和加工工艺说明等,主要描述零件的总体信息和技术要求；特征层只描述特征的形状信息,与应用领域无关,也不涉及形状的表达方法；几何层以各种形状表达方法(如B-rep,CSG等)对形状模型提供几何描述。

图1零件特征信息的层次模型

在零件特征模型中,特征层主要包括形状特征、精度特征、材料特征、管理特征和技术特征:

形状特征

描述零件几何形状、尺寸相关的信息集合,包括加工工艺形状、装配辅助形状；

精度特征

描述零件几何形状、尺寸的许可变动量的信息集合,包括公差(尺寸公差和形位公差)和表面粗糙度；

材料特征

与零件材料和热处理有关的信息集合,如材料性能、热处理方式、硬度值等。

管理特征

与零件管理有关的信息集合,包括零件材料,粗糙度等。

技术特征

描述零件的性能和技术要求的信息集合。

本系统研究中,主要涉及零件的形状特征、材料特征和精度特征,对于零件的管理特征和技术特征不作过多的考虑。

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