五軸側銑加工路徑規劃之效能提升

Enhancing the Effectiveness of Tool Path Planning in 5-axis Flank Machining

許智昕

指導教授 ： 瞿志行

國立清華大學/工學院/工業工程與工程管理學系/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2013.00432

摘要

本論文探討基於全域搜尋之五軸側銑加工路徑最佳化問題，分別就提高應用價值與計算效能兩方面，進行創新性的研究。首先結合五軸切削力學模型，根據切屑幾何的估算，預測不同刀具位置對應的切削力；並透過刀具位置與軸向的改變，產生較佳的切削力學狀態。將此機制整合至加工路徑規劃的最佳化演算法中，在限制瞬時最大切削力的條件下，以降低曲面加工誤差為目標，經由粒子群演算法求得最佳化刀具路徑。此外提出決定刀具分布位置的方法，根據曲面的扭曲值、邊界弧長差異與平均曲率等三種幾何性質，適當選擇組成加工路徑的刀具位置，藉此改善最佳解的品質。透過模擬結果的驗證，已顯示本研究概念的可行性，不僅有效控制五軸側銑的切削品質，亦能進一步減少曲面加工誤差。最後提出將曲面之可展開性最佳化的方法，實際應用於輪胎模具的製造上，並透過實體切削驗證研究概念的可行性，結果顯示不僅可以在切削誤差上有顯著的改善，亦能提升路徑規劃之計算速度，並提升研究概念的實用性。本研究採用演化計算方法，整合實際切削的物理模型，開啟數學規劃於實際製造的新穎應用。

關鍵字

五軸側銑 ； 路徑規劃 ； 粒子群最佳化 ； 切削力 ； 曲面幾何決定刀具分布 ； 曲面可展開性

參考文獻

[36] 李宇尉 (2007)，基於動態規劃之五軸側銑路徑最佳化，碩士論文，清華大學工業工程與工程管理研究所

[1] G. B. Vickers and K. W. Guan (2003),“Ball-Mills Versus End-Mills for Curved Surface Machining,” ASME Journal of Engineering for Industry, Vol. 11, pp. 22-26.

[2] C. H. Chu and J. T. Chen (2006) “Tool Path Planning for 5-Axis Flank Milling with Developable Surface Approximation,” International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 29, No. 7-8, pp. 707-713.

[4] W. Ferry and Y. Altintas (2008) “Virtual Five-Axis Flank Milling of Jet Engine Impellers - Part I: Mechanics of Five-Axis Flank Milling,” Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol. 130, p. 011005.

[5] K. Sonthipermpoon, E. Bohez, H. Hasemann and M. Rautenberg (2010) “The Vibration Behavior of Impeller Blades in the Five-Axis CNC Flank Milling Process,” International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 46, pp 1171-1177.