引言

數控加工中包括刀具軌跡的產生和刀具選擇兩個關鍵問題。前一問題在過去的20年里得到了廣泛而深入地研究，發展的許多算法已在商用CAD/CAM系統中得到應用。目前大多數CAM系統能夠在用戶輸入相關參數后自動產生刀具軌跡。比較而言，對以質量、效率為優化目標的刀具選擇問題的研究還遠未成熟，當前還沒有商用CAM系統能夠提供刀具優選的決策支持工具，因而難以實現CAD/CAM的自動有機集成。刀具選擇通常包括刀具類型和刀具尺寸。一般來說，適合一個加工對象的刀具通常有多種，一種刀具又可完成不同的加工任務，所以僅考慮滿足基本加工要求的刀具選擇是較容易的，尤其對孔、槽等典型幾何特征。但實際上，刀具選擇通常和一定的優化目標相聯系，如最大切削效率、最少加工時間、最低加工成本、最長使用壽命等，因此刀具選擇又是一個復雜的優化問題。比如模具型腔類零件，由于幾何形狀復雜(通常包含自由曲面及島)，影響刀具選擇的幾何約束在CAD模型中不能顯式表示，需要設計相應的算法進行提取，因而選擇合適的刀具規格及其刀具組合，以提高數控加工的效率與質量并非易事。

模具型腔一般用數控銑的加工方法，通常包括粗加工、半精加工、精加工等工序。粗加工的原則就是盡最大可能高效率地去除多余的金屬，因而希望選擇大尺寸的刀具，但刀具尺寸過大，可能導致未加工體積的增多;半精加工的任務主要是去除粗加工遺留下來的臺階;精加工則主要保證零件的尺寸及表面質量。考慮到目前完全由計算機進行自動選刀還存在一定困難，因而在我們開發的計算機輔助刀具選擇(ComputerAidedToolSelection，CATS)系統中，立足于給用戶提供一個輔助決策工具，即粗加工、半精加工、精加工等，真正的決策權仍留給用戶，以充分發揮計算機和人的優勢。

1系統基本結構

CATS系統的輸入為CAD模型，輸出為刀具類型、刀具規格、銑削深度、進給量、主軸轉速(切削速度)和加工時間等六個參數(如圖1)，包括刀具類型選擇輔助決策工具、粗加工刀具選擇輔助決策工具、半精加工刀具選擇輔助決策工具及精加工刀具選擇輔助決策工具等。