【正文】 感謝百忙中為本文審稿的專家和學(xué)者們。 數(shù)控編程中的參數(shù)設(shè)定是根據(jù)實際加工經(jīng)驗和計算設(shè)定的，其走刀軌跡的 設(shè)定是參考高速加工技術(shù)的特點采用的。 驅(qū)動方法通常由點，線，面等三種方式，其選擇原則是盡量使刀具軸線變化平 穩(wěn)，以保持切削載荷穩(wěn)定。 第 5 章五軸數(shù)控編程實例 5． 1 多軸數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)模型 五軸聯(lián)動機(jī)床一般由三個平動軸加上兩個回轉(zhuǎn)軸組成，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸具體結(jié) 構(gòu)的不同可分為三種形式：刀具雙擺動、工作臺雙旋轉(zhuǎn)和刀具擺動加工作臺旋 轉(zhuǎn)。 2：該計算結(jié)果顯示： B 軸轉(zhuǎn)動方向不同時， d 計算結(jié)果差別較大，初步分 析是該傳動裝置傳動誤差較大，應(yīng)采取適當(dāng)措施。結(jié)果如下圖。 30，177。 4 移動機(jī)床 Z 軸坐標(biāo)檢驗千分表指針的變化 5 若變化較大，則根據(jù)千分表的變化情況相應(yīng)移動 B 軸。轉(zhuǎn)動軸坐標(biāo)的每一個運 動都會被 XYZ 坐標(biāo)的一個直線位移所補(bǔ)償，以確定刀具處在要求的位置上．因 此，對于傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)而言，一個或多個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)的運動會引起刀具中心的 位移；而對于旋轉(zhuǎn)軸中心編程處理時，是坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)中心的位移，保持刀具中心 始終處于要求的位置上。 第 4 章五軸聯(lián)動數(shù)控加工后置處理程序開發(fā) 4． 1 后置處理程序的概念 后處理程序是一個用來處理由 CAM 或 APT 系統(tǒng)產(chǎn)生的刀具軌跡文件的應(yīng) 用 程序【 18】。 5 刀具軌跡驅(qū)動方式 適合高速加工的刀具軌跡有螺旋線，擺線等多種方式，其目的是保證刀具 所受載荷的穩(wěn)定性，盡可能地保證刀具在恒載荷狀態(tài)下切削，避免刀具的急劇 轉(zhuǎn)向。在逆銑時，刀具剛切入工件產(chǎn)生的 切屑厚度為最小，隨后逐漸增厚，這樣增加了刀具與工件的摩擦，在刀刃上產(chǎn) 生大量熱，所以 在逆銑中產(chǎn)生的熱量比在順銑時多很多，徑向力也大大增加。 機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)和各運動軸的運動具有極高的速度和加速度。 2 曲面裁剪處理 復(fù)雜曲面模型是由一系列裁剪的曲面構(gòu)成的，當(dāng) cAD 模型由一種建模軟件 到另一種軟件轉(zhuǎn)換時，由于各軟件之間的幾何運算方法不同，數(shù)據(jù)類型定義有 差別，精度設(shè)置不同等諸多因素。即刀具盡量貼近 加工曲面。 如圖 3． 4 示： 所以加工凸曲面的總編程誤差為： 3． 3． 2 五軸聯(lián)動數(shù)控加工凹曲面時的誤差 五軸聯(lián)動加工凹曲面時，其編程加工誤差也分為直線逼近誤差和刀具軸線 矢量擺動誤差。在某一平面內(nèi)，可用縱坐標(biāo) y 和刀具軸線矢量 和 y 軸線的 夾角 e。在加工過程中，刀具軸線矢量相對于曲面作相 應(yīng)的變化，因此加工過程中的誤差為直線逼近誤差和刀具軸線擺動引起的誤 差 6n。 5 刀具標(biāo)準(zhǔn)化，系列化以便于加工程序編制 2 數(shù)控加工刀具的材料 數(shù)控加工刀具要適應(yīng)高速，高效的自動化加工，其材料選取的原 則是應(yīng)該 具有高的硬度和韌性。編程過程中，刀具軌跡的規(guī)劃應(yīng)該沿著曲 面曲率變化較小的方向，從而使其切線方向和法矢量方向的變化盡可能小．可 變軸曲面輪廓銑是五軸加工的主要方式，常用于零件曲面的精 加工。垂直于刀軸驅(qū)動面和平行于刀軸驅(qū)動面均為其特殊形式．復(fù) 雜曲面加工過程中往往通過改變角度來避免刀具，工件，夾具，機(jī)床問的干涉 和優(yōu)化數(shù)控程序。從而引起過切和欠切。刀軸的變化是三軸聯(lián)動加工與多軸聯(lián)動加工的 本質(zhì)區(qū)別，在三軸加工情況下，刀具軸線在工件坐標(biāo)系中是固定的，總是平行 于 Z 坐標(biāo)軸：而五軸加工的情況下，刀具軸線一般是變化的。 從加工過程中刀具的切削姿態(tài)和走刀方向來說，復(fù)雜曲面的加工方法可以 分為端銑和側(cè)銑兩種方法。提高了編程效率；后者的 CAD 功能相對來說較弱 如 Powermil 等 ，通常不被用來作為設(shè)計復(fù)雜曲面產(chǎn)品實體 模型的工具。對增加的這兩個部件，既要求其結(jié)構(gòu)緊湊，又要具有足夠大的力矩和運 動的靈敏性及精度，這顯然提高了設(shè)計和制造的難度。許多復(fù) 雜曲面零件的形狀輪廓是通過反求工程得到 CAD 模型的。 l，重復(fù)上 述過程，直到不滿足 di c，設(shè)該點為 r．。 2． 2． 2 等步長逼近離散法的方法和特點 等步長逼近使各相鄰離散點的距離相等，如圖 2． 2 所示： 圖 2． 2 等步長逼近示意圖 對已知曲線離散起點為，離散步長為， 則下一離散點，從原理上來說，以 為半徑為的球，該球與曲線的交點之一為。由于各種曲 線上各點的曲率不同，如要使各段插補(bǔ)誤差相同，則各插補(bǔ)段長度不等．此種 方法的優(yōu)點是插補(bǔ)段數(shù)目比較少．這對于大型和形狀復(fù)雜的曲線零件有較大意 義。 第 2 章曲面數(shù)據(jù)列表數(shù)學(xué)處理方法的研究 小二乘法及擬合方法 最小二乘法的基本思想是對應(yīng)數(shù)據(jù)確定的擬合曲線與各坐標(biāo)點的偏差的平方和最小【 l】。影響其應(yīng)用的各個要素是本課題研究的重點之一。 2 適合于直紋面的加工，采用側(cè)面銑削的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)一刀精加工成型， 挺高了加工質(zhì)量和效率。因此復(fù)雜形狀零件的加工技術(shù)由于五軸聯(lián)動數(shù)控加工 中心的應(yīng)用得到了突破的可能。畢業(yè)設(shè)計（論文） 復(fù)雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)研究及應(yīng)用 河南科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 （機(jī)電一體化工程） 地 市： 鄭州市 準(zhǔn)考證號： 姓 名： 河南省高等教育自學(xué)考試 高等教育自學(xué)考試 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 一、題目 復(fù)雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)研究及應(yīng)用 二、本環(huán)節(jié)自 2020 年 1 月 14 日起至 2020 年 4 月 20 日止 三、進(jìn)行地點 河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四、內(nèi)容要求 查閱相關(guān)資料、收集、整理；確定論文提綱，理清書寫思路，進(jìn)行必要的計算分析；按時完成初稿；根據(jù)指導(dǎo)教師的意見修改；按時完成修改稿交指導(dǎo)教師審閱；根據(jù)指導(dǎo)教師的意見完成定稿。國外在此已經(jīng)有了成熟的技術(shù)應(yīng)用體系。 3 對曲率半徑大且變化較小的大型曲面，采用大直徑刀具端面銑削，能夠 實現(xiàn)刀具大跨度切削，從而可以顯著地提高加工表面質(zhì)量和加工效率。 五軸加工的后處理程序開發(fā)：后處理程序是數(shù) 控加工的關(guān)鍵一環(huán)，其可 靠性是數(shù)控加工安全性和加工質(zhì)量得以保證的前提。設(shè)由試驗所得 n 個點的的坐標(biāo)是 設(shè)擬合公式為則擬合曲線在每一點結(jié)點處與實際值的偏差為，則偏差的平方和為所求擬合多項 式的相應(yīng)系數(shù)值的原則是上式中各偏差的平方和最小【 1 設(shè)擬合公式是多項式 已知 n 個 點坐標(biāo)是則各點偏差的平方和為：上式的最小值既是偏差平方和的最小值，根據(jù)連續(xù)函數(shù)求極值的方法，對 各變量求偏導(dǎo)數(shù)，令其偏導(dǎo)數(shù)等于零， 所得方程組為： 上式中有 m+1 個未知數(shù)，有 m 個方程，因此聯(lián)立方程組可求各系數(shù)值。 實際加工曲線過程中，機(jī)床控制刀具按設(shè)計的曲線運動即可，其輪廓的形 狀由刀具的包絡(luò)而成。在平面曲線等補(bǔ)償逼近的時候，可 以以做圓來求得下一點。則前一點 r， l 和初點 rk 的連線即為 所求的刀具逼近軌跡。其中對工程中所得數(shù) 據(jù)的數(shù)學(xué)處理是一個關(guān)鍵步驟。 總之，五軸數(shù)控機(jī)床價格比較昂貴，應(yīng)用上也存在若干技術(shù)問題。因此對多軸數(shù)控加工，其產(chǎn)品幾何模型通過中型文件 如 IGES，step 等 從其它 CAD 系統(tǒng)中獲取 CAD 模型，該 cAM 系統(tǒng)已獲得的模型作為加工對 象，與前一種方法相似的過 程獲得數(shù)控加工程序，傳遞為 CNc 機(jī)床，該方法的 特點是更加專注于加工策略的開發(fā)，簡化了編程，利用該 CAM 系統(tǒng)能夠獲得較 為理想的數(shù)控加工程序 如高速加工 缺點是破壞了產(chǎn)品幾何模型的刀具軌跡的 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，幾何模型的每次修改都必須重新重復(fù)進(jìn)行上述過程，同時數(shù)據(jù)的 傳輸也容易帶來破面等問題。端銑加工是利用刀具的端部切削刃加工零件被加工 表面的，是最常用的一種加工方式，其特點是能夠加工大多數(shù)零件的凸凹面， 并能有效避開各干涉面；側(cè)銑加工是利用刀具的側(cè)刃切削零件的被加工曲面的。刀軸控制方式的 定義決定了刀具的軌跡，從而從根本上決定影響了數(shù)控加工程序的優(yōu)劣。因此，刀軸 驅(qū)動面的合理設(shè)置是多軸數(shù)控編程的關(guān)鍵因素。五軸數(shù)控銑削加工的切削方式可以根據(jù)實際產(chǎn)品的加工來進(jìn) 行合理的刀具軌跡設(shè)計規(guī)劃。通 過控制刀具軸線，投射方向和驅(qū)動方法，可以復(fù)雜曲面的加工刀具軌跡。通常情況下，刀具材料有一下幾種： 1 硬質(zhì)合金刀具。本文以平底立銑刀為例，分析復(fù)雜曲面的數(shù)控加工誤差【 9】。 由圖知： 3 分析五軸聯(lián)動數(shù)控加工凸曲面時，切削點軌跡的變化情況。 圖 3． 5 五軸聯(lián)動加工凹曲面刀具位姿圖 1 直線逼近誤差分析 如圖 3． 5 示：同數(shù)控加工凸曲面一樣，其直線逼近誤差為： 2 刀具軸線擺動誤差 刀具軸線擺動誤 差的方向如圖，此時，其擺動誤差減小了直線逼近誤差的 影響，起到了修正的作用。另外可以做輔助加工面，移動切削點的位置，使刀具軸線擺動誤差 對總誤差起到修正的作用。在轉(zhuǎn)換過程中往往會引起破面缺陷。 機(jī)床需要有優(yōu)良的動，靜態(tài)性能。 同時在順銑中，刀刃主要受壓應(yīng)力，而在逆銑中刀刃受拉應(yīng)力，受力狀態(tài)較惡 劣，降低了刀具的使用壽命。這就要求選擇適合高速加工的刀具軌跡驅(qū)動方式． 高速數(shù)控切削加工的關(guān)鍵是采用適用，可靠加工工藝來實現(xiàn)高的切削速度 和進(jìn)給速度，充分發(fā)揮機(jī)床，刀具的切削性能。對于五軸聯(lián)動數(shù)控加工來說，其后置處理程序的開發(fā)更加復(fù)雜， 其中最重要是對機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)定和第四，第五座標(biāo)系的設(shè)定。因此，可以直接編程刀具中心的軌跡，而不需考慮轉(zhuǎn) 軸中心的距離。重復(fù)上述 3，4 步驟，直到千分表的變化在可接受的范圍內(nèi)。 45，分別得到點 Y， Z 坐標(biāo)，結(jié)果如表