Tool path optimization for free form surface machining--CIRP(A类)

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1、自由曲面加工的刀具路径优化-CIRP（A类）本文提出了一种新的方法来生成优化的刀具路径的自由曲面， 常用于汽车，航空航天，生物医药，家电制造和模具行业。开发的刀具路径优化方法可以处理多个不同的目标下 的限制。由于游离形式的表面的几何形状的各向异性，刀具路径成为一个最关键的 因素切削力确定。在这里，力最小的刀具路径生成的概念 自由曲面的介绍和演示。如今，工艺规划工程师必须选择 刀具路径只有一组普通的刀具路径，可在CAMsystems。这些标准的刀具路径 在CAM系统的基础上产生的仅适用于几何计算，不考虑 力学过程，和最经常这些路径的距离是最佳的自由曲面。在这里， 一种新的方法更是推

2、出了第一时间的过程力学的基础上产生的刀具路径 全局最小化对于任何给定的自由曲面的切削力。 1。介绍如今，自由曲面，被广泛用在几个 例如汽车，航空航天，生物医药，家居行业 设备和模具，模具行业。它们被用在巨大的多样性 的产品，如汽车车身面板，涡轮机叶片的模具， 人工心脏泵的叶轮。有可能会对各种原因 例如航空流体动力学效率，符合人体工程学的或美学 鼓励自由曲面设计和制造。 最近的事态发展CAM系统允许制造 复杂的自由形式零件的几何形状。最关键的问题之一 在CAM的工艺规划与选择适当的工具 的自由曲面的加工路径。 不幸的是，目前CAM技术的刀具轨迹的生成 仍只基于几何计算。因此，产生的

3、 刀具路径是最常见的距离是最佳的从 制造工程的角度来看。  目前，生产工程师可以选择生成的刀具路径 从一组普通的路径的方法（锯齿，锯齿形，同心 径向刀具路径等），商用CAM系统。然而，这些 普通刀具路径不是最佳的自由曲面到 进行机械加工。现在，无论什么样的自由曲面 加工，生产工程师们可以选择从 普通的刀具路径仅设置。这表明， 现有的普通刀具路径创建不同大小的 在加工过程中的切削力。由于这些标准刀具路径 CAM系统的基础上产生几何 计算，完全没有考虑切削工艺过程的力学特性 。 在所有的力大小的损害更大，因此风险 工具是更高的，变形的零件工具和表面形状误差 普通的刀具路径的优化比较 

4、路径。最小化的力量总是需要在加工 因为较低的切削力意味着更长的刀具使用寿命，减少风险 碎裂和破损，刀具变形和表面形状 错误的一部分。 笔者以前开发的增强型铣床 力学用于模拟在自由形式的切削力 加工。加上优化的力学模型 算法产生力最小的刀具路径。详细信息 在优化过程中使用的力学模型，可以发现 在[1]。 现有论文中，工艺优化的研究只考虑 几何约束，如距离行驶周期的时间。 关于这一主题的研究可以分为两个部分：优化 使用指定的网络和刀具路径优化算法 约束和目标。最小生成树（MST） 在网络优化中的高度重视。她等人的研究。 [2]提出了最低的成本2D地图与树算法 不同的优化约束条件和目标

5、，包括至少 单位成本的第一（LUF），路径成本至少第一（LPF），最小成本的资源 第一（MCF）和最可用的第一（MAV）。此外，周和 创[3]提出了遗传算法确定多目标 最小生成树，它是用来给特定 权重分散的目标和约束条件的优化。 韦纳特等。[4]和俺答等。[5]强调的影响 铣削方向和重要性的刀具轨迹生成 的模具制造，工艺优化。 Lauwert[6]介绍了一种扩展的CAM系统为多轴铣削和整合生成刀具路径。该系统执行每个生成的刀位验证和应用 避免碰撞算法。castelino等。[7]优化 在加工过程中，尽量减少通话时间的刀具路径 解决了广义的离散路径段的正确顺序 旅行商问题（TSP）

6、。兰加拉詹和Dornfeld[8] 显示出定向的零件和刀具路径的优势 面和粗端铣和高效的编程 流程。拉卡列等。[9]旨在提高表面质量 但是他们的算法不考虑这个问题作为一个整体 单一的系统，并保持当地各分部的刀具路径 计算。因此，它不执行的全局优化。 Makhanov[10]进行几何刀具路径优化 在一个单一的封闭的哈密尔顿路径铣削与最低 行驶距离获得的用于表面网格通过使用一个空间 填充曲线算法。 现在，在这篇文章中提出的新方法， 力学铣削过程集成与优化 过程的目的，产生新的力量的基本工具 具体为任何给定的自由形式表面的路径。这是一个重大的步骤 前进的下一代智能CAM系统，将 不仅可

7、以进行几何计算，但也技工 自由曲面生成优化的刀具路径分析。 由于这里提出的优化算法解决不 局部最优路径，但全球自由曲面和刀具路径， 该算法保证了最低的平均切削力值 不超过预先设定的最大的力的大小 产生最佳的刀具路径。 这里介绍的是独特的方式的优化方法 这是第一次铣削过程中的力学 考虑全球的自由曲面刀具路径优化 。2。刀具加工路径优化在刀具路径的优化过程，其目标是 下最小化的平均值所得的切削力 选定的工艺参数（进给速度，主轴的限制， 速度，刀具直径，步骤结束，等等）和预先设定的最大