首饰的批花是指用高速旋转的专用刀具在首饰上雕刻花纹,使首饰的图案更加生动,批花的质量对工件的好坏起到决定性的作用。由于设备条件的限制,对于很多复杂的花型,在首饰行业一直以人工批花为主。人工批花不仅技术门槛高,产品质量难以统一标准,而且劳动强度大。虽然如今市场中已开发出各种各样的批花设备,但绝大数都是属于低自由度的设备,无法加工出复杂的花型。结合首饰加工车间的生产要求设计出一款用数控系统控制的多自由度、能加工复杂花纹图案的六轴数控首饰批花机,并对其进行分析及优化,提升其稳定性和缩短加工时间。六轴数控首饰批花机的设计涵盖了机械结构和电气控制部分的搭建,通过计算选型合理设计机械系统的上料、夹具、Z轴刀具和刀库模块,以及电气控制系统的供电配电、驱动系统设计、PLC系统设计。参考数控加工中心的设计和控制方法,使六轴数控首饰批花机的各个模块协调工作,系统运行平稳。六轴数控首饰批花机的分析优化包括三个方面:(1)通过有限元分析法,对六轴数控首饰批花机进行静力学和动力学分析,用拓扑优化法对立柱进行轻量优化;用响应曲面优化,对六轴数控首饰批花机的床身进行尺寸优化,提高床身基频,可以使得六轴数控首饰批花机不易产生共振,运行更加平稳。(2)用设计的变半径弯刀代替刀库模块,因为六轴数控首饰批花机虽然能批出复杂的花纹图案,但换刀动作过多,时间过长,造成批花加工效率降低。变半径弯刀可以实现在指定范围内不需要换刀而改变半径值,既可以节省换刀时间又可以减少刀具数,降低成本。(3)通过蚁群算法在Matlab的实现,可以规划出一条科学的加工路径,从而减小刀具的运动路程,缩短加工时间,优化数控程序也能减少加工时间,对提高生产效率有重要意义。通过研究分析,床身和立柱优化、变半径弯刀和蚁群算法对程序的优化均有良好的优化效果,对开发新一代批花设备有指导意义。