淺論數控車銑加工干涉檢測及工藝參數的優化

史亞軍，魏劍

（1.陜西黃河集團有限公司檢驗處，陜西 西安 710043；2.陜西黃河集團有限公司20車間，陜西 西安 710043）

淺論數控車銑加工干涉檢測及工藝參數的優化

史亞軍1，魏劍2

（1.陜西黃河集團有限公司檢驗處，陜西 西安 710043；2.陜西黃河集團有限公司20車間，陜西 西安 710043）

車銑復合數控機床因其加工能力強、效率高和高精度等優勢，在機械加工行業得到了越來越廣泛的應用，但是在實際中，車銑復合加工所具有的復雜工藝以及容易出現加工碰撞干涉等問題，使其不能得到充分利用，同時其潛能也不能得到充分發揮，所以為了保證加工工藝的順利進行，以及利用效率的提供，就需要通過碰撞干涉檢測，得到正確的數控加工程序，最終實現工藝參數的優化。

車銑復合加工；虛擬機床模型；干涉檢測；參數優化

1 數控車銑加工干涉檢測

對于數控車銑加工干涉檢測以及優化工藝參數來說，所涉及的研究應該包括建立虛擬環境、干涉檢測以及優化工藝參數這三個方面，因為建立虛擬環境之后才能使得之后的干涉檢測順利進行，進而繼續之后的工藝參數優化。其中虛擬加工環境的建立就是為進行車銑復合數控機床虛擬模型的建立做鋪墊，進而保證模型的行為、動作能夠與實際機床保持一致。

該模型中包括工件模型、夾具模型、刀具模型以及包含運動和幾何模型的機床模型。而完成虛擬加工環境的建立后，再在該環境下結合數控程序所提供的切削信息進行加工過程的運動仿真，并完成碰撞干涉檢測，以此發現程序中埋藏的隱患問題，為工作人員提供修改的依據和基礎，進一步避免加工過程中出現工件報廢、損害設備、威脅工作人員人身安全等事故。

碰撞干涉檢測的算法主要是檢測構成幾何對象的基本幾何元素的相交情況，如果檢測出幾何元素發生了相交現象，那么就會產生碰撞，反之，不產生相交則不會產生碰撞。原有的相交測試其實是將所有的基本幾何元素兩兩配對進行相交測試，這種檢測的計算量大、效率也不高，而為了讓檢測效率得到有效提高，首先就是將不可能相交的幾何對象剔除出來，然后剩余可能會出現相交的幾何對象，并進行更精確的檢測，一直到檢測出相交或者全部檢測完畢為止。

基于此，眾多學者們展開了更深入的研究，并提出了很多不同的檢測算法，在干涉檢測中最常用的檢測算法有兩種，即為層次包圍盒法、空間分解法。

就以層次包圍盒法為例來說，該類檢測算法就是通過形狀簡單的包圍盒來對所需要檢測的幾何對象進行包裹，然后在此基礎上進行包圍盒層次結構樹的構建，接著在對其包圍盒進行相交檢測，防止漏檢問題的出現。也就是說該檢測方法就是通過檢測包圍盒來代替檢測幾何對象的相交情況，當包圍盒不相交的時候，幾何對象也一定不會相交，當包圍盒相交的時候，幾何對象有可能不會相交。

因此，采用層次包圍盒法有助于不相交幾何對象的剔除工作，而對于檢測相交幾何對象的時候，包圍盒的緊湊性和簡單性將會極大影響到其檢測效率，對于簡答的包圍盒來說，其構造就會相對較方便，但是其測試的無用性將會很大，而緊湊的包圍盒，其構造越難，包圍盒就會更加復雜，進而測試的無用性將會更小。

層次包圍盒法會根據其不同的構造方式分為以下幾類：即球包圍盒法、軸向AABB包圍盒法、OBB包圍盒法、K-Dops包圍盒法等，其中球包圍盒法是包裹給定幾何對象的最小球體，在構造的時候只需要確定其球心和半徑即可。球包圍盒的構造簡單，具備較少數據存儲量，而且因為較差的緊湊性，使其結構空隙較大，所以在進行檢測中所需要的預處理時間會比較長。但是因其可以帶動幾何對象進行旋轉運動，所以不需要更新包圍球，比較適用于頻繁發生旋轉運動的幾何對象。

2 數控車銑工藝參數的優化

因為數控機床程序的復雜性，使得人們在面對復雜的結構件時，不能完全享受數控機床所具有的高效率、高精確和高回報。雖然在實際中工作人員以及相關學者采取了各類方法應對加工參數和路徑的確定問題，但是都因為沒有充分考慮具體加工對象和所處環境所帶來的影響，致使加工程序的正確性得不到保障，其加工參數和路徑也缺乏一定合理性。

在國內外已有很多學者對數控程序加工路徑的優化進行較為全面的研究，例如針對型腔的行切法加工和環切法加工，針對自由曲面的投影法加工和截平面法加工等。而工藝參數的優化主要是針對加工過程中的切削參數，主要通過對切削過程中目標優化函數的建立，在確定其系列約束條件下，采用有效的優化算法求解出特定目標的最佳切削參數值。

而工藝參數加工主要分為在線和離線加工參數優化這兩類，在線加工參數的優化就是通過向數控加工系統提供一個能夠結合加工條件變化實時優化加工參數的最優控制系統來實現參數的優化，這是對自適應控制理論的一種應用體現，例如通過對切削力、刀具溫度等變量的實時檢測來實現對切削用量的自動調節，進而實現加工質量和切削效率的提高。

而離線加工參數的優化則是指在未進行實際加工的時候，通過預測加工狀態，以及結合工作人員已有的豐富加工經驗和現有數據來優化加工參數，這主要借助數控加工仿真手段來達到對加工過程中一些幾何加工參數和物理過程變量的預先提取目的，然后再根據所提取的數據信息在其約束條件下進行特定目標最優切削加工參數的求解。

3 結束語

總而言之，為了更好的發揮數控車銑的功效，進一步提高我國制造業水平和技術水平，就必須要加強對其加工干涉檢測和工藝參數優化方法、手段和流程等進行分析和研究，從綜合角度考慮實際中數控車銑加工的工藝問題和程序。

［1］ 張麗. 數控加工干涉檢測及工藝參數優化的研究［D］. 河北科技大學，2014.

On optimization of CNC milling interference detection and process parameters

TG547

1009-797X （2015） 20-0090-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.023

史亞軍（1979-），女，本科學歷，工程師職稱，研究方向為機械設計制造及其自動化。

2015-09-14