[論文レビュー] Decomposition of forging die for high speed machining

Laurent Tapie, Kwamiwi Mawussi|ArXiv.org|Oct 9, 2009

Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies参考文献 15被引用数 12

ひとこと要約

本論文では、幾何的制約、技術的制約、切削条件を機械加工工程計画に統合することで、高能率な高速切削（HSM）を可能にするための鍛造ダイの新規分解手法を提示する。HSMパラメータおよび工具の到達可能性に基づく2段階の分解により、自動HSM工程生成を導く加工特徴を特定し、CAM準備における正確性と効率性を向上させる。

ABSTRACT

Today's forging die manufacturing process must be adapted to several evolutions in machining process generation: CAD/CAM models, CAM software solutions and High Speed Machining (HSM). In this context, the adequacy between die shape and HSM process is in the core of machining preparation and process planning approaches. This paper deals with an original approach of machining preparation integrating this adequacy in the main tasks carried out. In this approach, the design of the machining process is based on two levels of decomposition of the geometrical model of a given die with respect to HSM cutting conditions (cutting speed and feed rate) and technological constrains (tool selection, features accessibility). This decomposition assists machining assistant to generate an HSM process. The result of this decomposition is the identification of machining features.

研究の動機と目的

• 進化するCAD/CAMシステムおよび高速切削（HSM）技術に伴う鍛造ダイ製造における複雑化の増大に対処すること。
• 加工準備段階において、ダイの幾何形状とHSM工程要件の整合性を向上させること。
• 幾何的および技術的制約を分析することで、自動HSM工程生成を支援する体系的な手法を開発すること。
• 構造的分解を通じてマシン対応の加工特徴を同定することにより、CAM計画における手動介入を削減すること。

提案手法

• 本手法は、鍛造ダイの幾何学的モデルを2段階にわたり分解する：HSMの切削速度および送り速度に基づくものと、工具の到達可能性および技術的制約に基づくもの。
• 特徴ベースのアプローチを用いて、分解されたモデルから加工特徴を抽出し、HSM要件に適合させる。
• 分解プロセスは、主軸回転数や歯あたり送り量などのHSM特有のパラメータとCAD/CAMデータを統合する。
• 既存のCADモデルを活用し、アルゴリズム的分解を適用することで、高速ミリングに適した製造可能な特徴を同定する。
• 構造的で工程準備済みの特徴データを生成するため、既存のCAMソフトウェアパイプラインへの統合を支援する。
• 本手法は、IDMME Virtual Concept 2008会議の文脈で実際の鍛造ダイに適用することで検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 鍛造ダイの幾何的複雑性を、高速切削制約に適合させる体系的な分解方法は何か？
• RQ2 工具の到達可能性と最適な切削条件を確保するために、ダイモデルの分解を指針づける基準は何か？
• RQ3 ダイモデルから自動的に加工特徴を同定することで、自動HSM工程計画を支援する方法は何か？
• RQ4 HSMパラメータと工具到達可能性の2段階分解が、CAM準備の正確性と効率性をどの程度向上させるか？
• RQ5 この分解手法は、既存のCAD/CAMおよびHSMワークフローに効果的に統合可能か？

主な発見

• 二段階の分解により、切削速度や送り速度などの高速切削パラメータに適合する加工特徴が的確に同定された。
• 技術的および運動的制約に従ってダイモデルを構造化することで、CAM工程計画の追跡可能性と自動化が向上した。
• すべての同定された特徴が選択した切削工具によって到達可能であることを保証することで、より良い工具パス生成が可能になった。
• 構造的で特徴ベースの基盤を提供することにより、HSM工程計画における手動介入の必要性が削減された。
• 本手法は、IDMME Virtual Concept 2008会議の実世界の文脈で検証され、産業応用における実現可能性と関連性が示された。