基于实例的模具零件数控工艺复用方法的研究

发布时间：2020-08-09 14:03

【摘要】：随着数字化制造技术的不断普及,在制造企业中累计了大量CAD/CAM设计成果。模具企业一般面向某具体行业,产品种类较单一,其所设计的模具零件尽管在细节上有所不同,但整体上拥有近似的结构。对已有模具零件数控工艺设计成果的有效复用,能快速完成新零件数控工艺的编制,减少人为错误的发生。针对已有模具零件数控工艺如何有效复用的问题,提出了一种基于实例的复用方法。首先利用改进的三维极半径曲面矩和三维包络信息描述模具零件的多种三维特征,并以此在实例零件历史库中检索与新零件三维特征相似的实例零件。其次以实例零件为数控工艺复用依据,将实例零件的加工方法、加工参数和加工工序等工艺信息作为加工模板导入新零件中,进行加工方案复用。最后再次利用改进的三维极半径曲面矩和三维包络信息描述实例零件各数控程序的加工区域及新零件各面的多种三维特征,以加权欧几里得距离作为度量标准,分别寻找各加工区域在新零件中的最佳相似匹配,并通过基于贪心算法的碎面匹配和整体优化算法对匹配结果进行优化,从而完成数控工艺复用。利用NX/OpenAPI在UG NX10.0平台上开发了基于该方法的原型系统,在由31706个已编制数控工艺的注塑模电极零件构成的实例零件历史库中,对随机选取的近百个新模具零件进行验证,结果表明该方法不但能够灵活调整加工工序,具备较高的通用性,而且能够对73%的实验零件以高于80%的准确度复用数控工艺,大量减少了人机交互,显著提高数控工艺编制效率。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH164
【图文】：

三维形状,数控工艺,零件,工具企业

工艺是根据零件造型及加工要求等原始条件，编制的用以控制数控机间相对运动的加工刀轨，及其相关的工艺信息[2]。常用的加工方法包括等高铣和固定轴铣，它们通过选取合适的加工参数和加工区域等信息生成。数字化制造技术的不断普及，在制造企业中累计了大量的 CAD/CAM 分析表明，在新产品的研发中，40%是重用过去设计的部件，40%是微修改，20%是新的设计[4-5]，这一特点同样存在于模具零件的数控工具企业的产品种类较单一，一般面向某具体行业，如白家电模具、3C 覆盖件模具，其所设计的零件大多具有近似的结构。尽管新旧零件在，但其整体三维形状相似，如图 1-1 所示的注塑模电极。对已有模具计成果的复用，能够缩短数控工艺编制周期，降低对编程人员的要求数控工艺的编制效率和质量。

模具零件,三角形面,加工区域,极半径

2）加工区域方向相关信息的描述需求工区域的方向信息是加工方法选择的重要参考，例如，水平面的加工通ace milling)，竖直平面的加工通常采用 2D 走线(planar milling)。加工区域息包括其各面元法向的微观信息，及其在加工坐标系下 x,y,z 各轴向的等。为尽量精确描述加工区域的三维特征，其方向相关信息应在特征提取而几何旋转不变性应进行相应弱化。维极半径曲面矩提取技术维极半径曲面矩是由李宗明等人在 2007 年提出的概念[34]，是一种基于统取方法。其在描述模具零件的三维特征时，不但具备平移、旋转、缩放和较强的可识别性，而且特征提取计算速度，对误差或噪音数据不敏感

模具零件,极半径

sinsinnMN dSAr (2-6)式中 SrdSAr1，是极半径的均值。三维极半径曲面余弦矩和正弦矩在三维极半径曲面矩的基础上，添加了对面元法向与极半径间夹角的描述。利用吕朱清关于不变性的证明方法，不难从理论上证明三维极半径曲面余弦矩和正弦矩仍然具有平移、旋转、缩放等几何不变性[35]。2.2.3 可识别性验证为验证三维极半径曲面余弦矩和正弦矩的可识别性，下面将如图 2-4 所示的 a、b、c、d 四个三维模具零件进行三维特征提取实验。其中零件 a 和 b，c 和 d 分为两组三维特征相似零件，由于零件 c 和 d 间除了顶部长方体略有差别外，其他特征基本一致，其相似程度比 a 和 b 更高。

【参考文献】