Abstract
在五軸的銑削加工機具上，刀具除了原本三軸機具所能提供的三個平移自由度之外，還有兩個額外的旋轉自由度可供運用。如何妥善的運用這些自由度以求取最高的加工效率，是一個很值得研究的問題。本研究的目標就是要發展一套規劃五軸銑床加工刀具路徑的方法，使刀具在加工過程中能夠配合加工曲面的局部以及整體幾何特性作有效的調整，在一定的加工公差與貝丘高度要求下，個別刀具路徑的切削寬度會比傳統方法要寬，使得加工整個曲面所需要的刀數減少，能夠以最短的切削路徑完成工作，有效的減少加工資料量，縮短加工所需要的時間。本研究所採用的處理原則主要是：在設定刀具的兩個旋轉自由度時，盡量使刀具的切削輪廓與加工曲面配合，在不影響加工品質的情況之下，使刀具路徑的切削寬度為最大。另外，在刀具三個平移自由度的規劃方面，詳細的考慮相鄰刀具路徑之間的關係，避免重複加工曲面上相同的區域，使每一條刀具路徑的材料移除量都能平均而且保持適量。在刀具五個自由度都能妥善考慮的情況之下，可以產生比現有其他刀具路徑規劃方式所得結果都更有效率的刀具切削路徑。本研究應用微分幾何學的理論在加工刀具路徑規劃的問題上，調整刀具與加工曲面之間的幾何關係，並且估計切削過後工件表面貝丘的殘留狀況。我們使用三次式來近似加工曲面，將曲率變化率也納入刀具與加工曲面幾何關係的規範中，解決資料量不足的問題，並且達到更高的估計準確性，使整個系統更加的可靠。除此之外，本文也討論了在規劃刀具路徑時兩個必須考慮的問題，分別是如何去偵測並且解決過切的發生，以及如何選擇適當尺寸的刀具來進行加工。根據本研究所提出的方法，利用目前現有的電腦輔助設計與製造系統 CATIA所提供的工具，我們建立了自由曲面五軸銑削加工刀具路徑規劃的程式模組。電腦模擬的結果顯示，由我們所發展程式模組產生的刀具路徑其個別刀具路徑的切削寬度會比傳統方法要來得寬，加工整個曲面所需要的刀數會減少，工作能夠以最短的切削路徑完成，有效的減少加工資料量，縮短加工所需要的時間。