[01420390]汽车覆盖件模具高速切削工艺优化理论与系统研究

1．任务来源　　该项目是湖北省自然科学基金（2006ABA043）和湖北省教育厅重点科研计划（D200523003）项目。　　2．应用领域和技术原理　　应用领域：汽车模具制造业　　技术原理：针对汽车覆盖件模具高速切削加工，采用切削加工有限元模拟技术，在大量试验辅助之下，深入分析了高速切削加工刀具和工件相互作用的非线性动态过程，揭示了汽车模具高速切削过程中诸多物理现象发生的作用机理，针对汽车覆盖件模具的复杂曲面特征，根据不同生产阶段追求的加工效率、加工质量和刀具寿命等目标，进行了有针对性的高速切削加工参数优化分析，建立了主轴转速、进给速度和切削深度等主要加工参数对高速切削加工的影响规律，分析出高速切削加工刀具寿命和加工质量随加工参数变化的趋势；针对汽车模具型面的高速加工，开发了适用于复杂曲面特征的球头刀“3＋2轴”数控加工方式的曲面分析工具，辅助数控编程员进行加工区域划分和刀具倾角优化，在避免由于五轴联动影响机床加工刚性问题的同时，实现切削载荷近似恒定的加工；分析了高速切削加工知识流动过程，形成了汽车覆盖件模具高速切削加工的知识积累机制，建立了包括刀具－工件材料匹配、加工参数选用原则、高速切削加工经验和高速切削加工知识分类等知识库。采用基于实例推理方法，进行实例表示、实例检索、实例改写和实例保存等应用算法设计，借助数据库和知识库的支持，辅助编程人员制定数控编程工艺方案，形成具有知识积累功能和自学习机制的汽车模具高速切削数据库。　　3．性能指标　　通过对汽车模具常用加工材料的材料性能测试，利用高速加工有限元模拟与切削试验，进行高速切削工艺及切削参数的优化分析，运用人工智能技术、数据库技术，结合模具生产的大量加工实例，建立高速切削数据库。在UG软件平台上自主开发一个工艺优化模块，该模块完全融合在UG软件环境中，具有浏览、查询、优化和输出功能，在数控加工程序编制过程中可随时查看、调用高速切削数据库系统中的数据，从而实现模具编程的切削工艺参数优化，指导模具高速加工实践，获得更高的模具加工质量和加工效率。　　4．与国内外同类技术比较　　高速切削加工技术，是21世纪的一种先进制造技术，工业发达国家如美国、德国、日本等绝大部分的模具公司都采用了高速切削加工技术。关于高速切削数据库的建立和使用，尤其是汽车模具高速切削数据库至今很少见到国内外有关的文献报道。国内众多企业虽然购买了世界先进制造设备，却没有一流工艺参数与之相匹配，现实生产状况是主轴转速可达数万转的高速机床却一直只在几千转水平运行，具有高速精加工的条件却只用于粗加工和半精加工，可切削高硬材料的机床和刀具却只用来切削普通材料，因工具材料与刀具、工艺参数配伍不当造成加工成本提高甚至质量事故也时有发生。　　5．成果的创造性、先进性开创了将金属切削加工有限元模拟（CPS）技术与基于实例推理（CBR）技术相结合应用于汽车模具高速切削工艺参数优化和数据库建立的先例，在汽车模具钼铬合金铸铁等材料的高速切削参数优化、汽车模具型面“3＋2轴”加工方式下的曲面分析与刀轴倾角优化、基于知识的实例分类和具有自学习机制的特征权重与属性相似度的自动调整等方面达到了国内领先水平。　　6．作用意义（直接经济效益和社会效益）　　项目在汽车模具高速加工中应用，促进了数控编程质量和效率的稳步提高，从而提高了汽车模具尤其是覆盖件模具的高速切削的质量和效率。高速加工技术在汽车模具制造中的应用，使模具钳工打磨工作量减少了60～70%，从而有效缩短了汽车覆盖件模具的制造周期，以本田项目轿车发动机罩外板、门内板等零件的拉延模为例，采用优化的高速切削工艺加工，工期缩短了一半，而质量可与日本、法国模具媲美，提高了企业的市场竞争力。项目成果可在国内汽车模具行业推广应用。如果项目能将金属切削加工有限元模拟技术扩展应用到其它种类的材料，并将基于实例推理技术的切削数据库构造技术进一步柔性化，就可成为一个通用的金属材料高速切削数据库系统，从而具有向汽车制造、机械、航空等行业推广应用的前景。　　项目完成了对模具高速精加工工序的切削机理分析和参数优化工作，模具加工尚需进行粗加工、半精加工和清根工序，因此利用该项目研究技术对这些不同模具材料、不同加工工序的切削机理和参数优化研究工作将是下一步继续开展的工作。同时，数据库还需不断的积累、丰富。