双主轴钻削中心对孔群加工方法探究

许丽华　王卓群　张荣英

摘 要：对于多孔系工件，双主轴钻削中心的加工技术作为一种高科技钻孔技术逐渐得到应用和发展。本文基于蚁群算法 ，以最短加工路径为目标 ，以无碰撞地绕过所有的障碍物为约束条件，做出了双轴钻削加工的优化加工的算法方案，针对多种孔型的工件，兼顾了优化工艺方案，最终获得了优化的加工路径。此外，在加工一个孔位到最终尺寸， 由于采用不同的刀具和不同的切削速度 ，直接影响了加工时间成本。所以，钻削加工技术致力于提高效率和质量一直是研究的主要方向。

关键词：蚁群算法 双轴钻削 探究

中图分类号：U446 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（b）-0069-02

孔群加工目前加工行业非常典型机加工过程。例如， 注塑模具中常见孔群，孔的数量很多，并且直径，深度， 误差， 表面粗糙度要求都不同，是否需要螺纹加工也是一个特点，因此需要大量的不同刀具和换刀操作 。由于是点位控制的特征 ，刀具行进耗费了相当多时间花在刀具的换位加工及换刀操作上。有关研究表示，刀具和工件的运动在加工过程中平均占用了70%的时间。此外，在加工一个孔位到最终尺寸， 由于采用不同的刀具和不同的切削速度 ，直接影响了加工时间成本。所以，钻削加工技术致力于提高效率和质量一直是研究的主要方向。

1 实施方案

孔群加工的生产效率取决于钻孔的加工时间和钻头从一个孔位走刀到另一个孔位的辅助时间。因此，对钻削过程进行运动规划和加工路径的优化是提高生产效率的两个关键问题。整体方案流程图如图1所示。具体实施如下：

（1）依据零件三维模型，读取待加工孔的信息，包含孔 CAD 模型特征参数，孔类型，孔尺寸，孔数量，孔坐标位置和工艺数据信息，并建立孔参数数据库 ；同时读取工件外形参数，用于加工区域划分和算法寻优的参考。所述的 CAD 模型驱动参数包括： 零件建模立驱动参数；孔类型；孔数量；孔坐标位置；孔工藝数据信息。

（2）建立孔加工参数数据库，信息库包括根据孔的类型和深径等量化特征，转化成的对应加工时间。从孔加工参数数据库中提取工艺数据信息参数，用于计量孔加工时间和刀具换刀时间的测算；通过扫描刀库所需刀具信息和所需的换刀时间，根据刀具数量及换刀次数，计量时间；根据孔加工时间工艺信息数据库，合计估算出总加工时间。

（3）根据所粗略测算的加工总时间初步平均分配 1 轴和2轴，做出两主轴加工区域的预划分；根据分配好的区域，两主轴分别生成各自加工的最优路径，再次精确测算 1轴和2轴的加工时间。

（4）比较两轴的加工时间T1-T2差值，根据允许最大时间差△t；当时间差过大时，依据孔加工工艺库，孔参数数据库，工件外形参数，重新作出区域调整，再次优化路径，计算两主轴的加工时间；多目标优化算法寻优，直至时间差符合加工效率最高的条件时，形成最后的加工区域和加工路径的划分。

（5）生成加工代码。

2 结语

通过本方案对双主轴钻削中心对孔群加工方法的运动规划和加工路径优化方法进行研究，共分为了6步。通过建模，采集数据，分类划分等策略，具体采用蚁群算法对钻削过程进行运动规划，生成了一条位置和速度都连续的平滑运动轨迹；兼顾各类孔型的加工工艺，所需的刀具及换刀时间；然后将孔群钻削的加工路径优化问题转化为分层 TSP问题进行求解，基于蚁群算法，以最短加工路径为目标，以无碰撞地绕过所有障碍物为约束条件，获得了优化的加工路径。通过仿真证明，此方案确实实现了孔加工分配的合理性，同时提高了加工效率，为实际加工提供了有效的理论指导。

参考文献

[1] 肖人彬，陶振武.孔群加工路径规划问题的进化求解[J].计算机集成制造系统，2005，11（5）：682-689.

[2] 周鲲，邵华.基于Hopfield算法的孔群加工路径规划[J].模具技术，2003，21（1）：48-51.