【正文】 供技術(shù)支持。 關(guān)鍵詞：五軸數(shù)控機(jī)床；CAM；數(shù)控編程；后置處理 Abstract目錄摘要 61．1課題研究背景81．2課題目標(biāo) 9 10第2章曲面數(shù)據(jù)列表數(shù)學(xué)處理方法的研究 11 112．2程數(shù)表的第二次數(shù)學(xué)處理122．2．2．2等步長(zhǎng)逼近離散法的方法和特點(diǎn)132．2．3等誤差逼近離散法的方法和特點(diǎn)152．3本章小結(jié) 15第3章復(fù)雜曲面五軸數(shù)控加工的研究163．1五軸數(shù)控加工的應(yīng)用問(wèn)題 163．2五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工編程的關(guān)鍵技術(shù) 173．2．1數(shù)控編程方法 173．2．2曲面的加工工藝分析173．2．3五軸數(shù)控加工的刀具驅(qū)動(dòng)控制 183．2．4數(shù)控加工刀具的選擇213．3復(fù)雜曲面的數(shù)控加工誤差分析和補(bǔ)償 223．3．1五軸數(shù)控加工凸曲面時(shí)的誤差223．3．2五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工凹曲面時(shí)的誤差263．3．3編程影響誤差因素分析補(bǔ)償 273．4高速加工技術(shù)及應(yīng)用 323．5本章小結(jié) 32第4章五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工后置處理程序開(kāi)發(fā) 33 4．1后置處理程序的概念 33 344．2．2旋轉(zhuǎn)軸中心編程處理RTCP(Rotation Tool Centre)4. 3五軸機(jī)床雙擺頭軸的零點(diǎn)標(biāo)定和結(jié)構(gòu)誤差的標(biāo)定 344．3．1 B軸的零點(diǎn)標(biāo)定354． C軸零點(diǎn)標(biāo)定354．4．4．3．5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下384．4本章小結(jié) 40第5章五軸數(shù)控編程實(shí)例5．1多軸數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)模型 415．2五軸數(shù)控加工的程序編制 425．3本章小結(jié) 43第6章總結(jié)展望 44致謝 45 1．1課題研究背景 數(shù)控加工技術(shù)一直以來(lái)都作為一個(gè)國(guó)家的機(jī)械制造業(yè)水平的衡量標(biāo)志之 一。對(duì)測(cè)量得到復(fù)雜曲面零件的圖表數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)處 理，使之能夠滿足數(shù)控加工的需要；以五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工作為復(fù)雜曲面零件高 效的制造方法，闡述了五軸數(shù)控加工所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，其中包括刀具軌跡的 驅(qū)動(dòng)方式和刀具軸線的驅(qū)動(dòng)方式；分析了項(xiàng)目研制雙擺頭五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中 心的結(jié)構(gòu)模型并對(duì)其結(jié)構(gòu)誤差進(jìn)行了測(cè)量與補(bǔ)償；研究了五軸數(shù)控加工后置處 理程序開(kāi)發(fā)的方式和過(guò)程，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)誤差做出了相應(yīng)的補(bǔ)償；對(duì)典型的復(fù)雜 曲面零件一人頭像的數(shù)控加工提出了加工方案，并實(shí)現(xiàn)了基于典型的CAD／CAII軟件UG的多軸編程和后置處理程序的開(kāi)發(fā)，采用合適的刀具軌跡控制方式，設(shè)定適當(dāng)?shù)牡毒咻S線控制方法，得到了符合高速加工理念的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和數(shù)控加工程序；通過(guò)該課題研究，可為五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工方案的制定提供了參考，有利于五軸數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用?；谖遢S聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工復(fù)雜形狀零件的制造加工過(guò)程的各個(gè)關(guān)鍵要素得到了研究。 復(fù)雜曲面的建模技術(shù)：復(fù)雜零件的建模是數(shù)控加工編程的基礎(chǔ)?；谖遢S聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的復(fù)雜形狀零件的設(shè)計(jì)加工過(guò)程的 各個(gè)要素得到了考慮。 雖然高檔的數(shù)控控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)訔l曲線進(jìn)行處理，但大多數(shù)的數(shù)控 控制系統(tǒng)只能用圓弧和直線的方法來(lái)逼近。 對(duì)于復(fù)雜曲線的逼近，可以采用等參數(shù)，等步長(zhǎng)，等誤差三種方法對(duì)其進(jìn) 行逼近處理。采用先以小參數(shù)對(duì)原曲線進(jìn)行密集離散，然后再校 核各離散段內(nèi)的實(shí)際逼近誤差，刪除不必要的離散點(diǎn)，從而是剩下的各離散段 內(nèi)的逼近誤差近似相等。 2．3本章小結(jié) 數(shù)控加工過(guò)程中，工程數(shù)據(jù)的處理以計(jì)算量大和復(fù)雜成為一大瓶頸問(wèn)題。因?yàn)槲遢S數(shù)控加工不 同于三軸，它除了三個(gè)直線軸運(yùn)動(dòng)外，還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，其多軸聯(lián)動(dòng)所形 成的合成運(yùn)動(dòng)的空間軌跡非常復(fù)雜和抽象，一般難以想象和理解。CAD／CAM刪的計(jì)算機(jī)輔助編程的實(shí)現(xiàn)一般為兩種方式：CAD／CAM集成一體化系統(tǒng)(如UG，CATIA，Pro／Engineer等)和相對(duì)來(lái)說(shuō)較為獨(dú)立的CAM系統(tǒng)。數(shù)控加工方法則是解決此類難題的有效途徑。側(cè)銑加工常用來(lái)加工直紋面，準(zhǔn)直紋面等曲面。多軸加工的對(duì)象零件結(jié)構(gòu)往往非常復(fù)雜，因此其刀軸的控制方式也多種多樣。能夠減小刀具軌跡長(zhǎng)度和高的加工效率。顯然，刀具軌跡越短，其加工效率越高． 2刀具軌跡的連續(xù)性：不連續(xù)的軌跡會(huì)因經(jīng)常性的抬刀使刀具往返時(shí)間增 加而降低加工效率，而且零件的加工質(zhì)量也會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)誤差而降低。根據(jù)其驅(qū)動(dòng)方法的不同，其 刀具軸控制的方法也不同。陶瓷刀具可分為氧化物陶瓷，氮化物陶瓷，立方碳化硼，金 剛石等，其特點(diǎn)是硬度高，韌性較差，難以用于沖擊力大的斷續(xù)切削。設(shè)刀具半徑為r’由兩點(diǎn)式直線方程可得： 2建立刀具切削點(diǎn)軌跡方程 在五軸數(shù)控加工曲面過(guò)程中，刀具是相對(duì)于刀具驅(qū)動(dòng)曲面的法向成一定的 角度的，即存在一定的刃傾角和斜偏角。 4求解刀具軸線擺動(dòng)誤差6 n，為了保證加工精度，其最大誤差MAx(6 n) 所求的值。 所以影響五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工加工復(fù)雜曲面的編程誤差主要因素有：加工刀 具的半徑，被加工曲面的形狀，和插補(bǔ)步長(zhǎng)等。加工的結(jié)果與 采用何種方法造型是無(wú)關(guān)的，但無(wú)需加工的特征則往往嚴(yán)重地影響了刀具軌跡。 總之：對(duì)于CAD模型，要注意以下各點(diǎn) 確保造型精度比加工精度高； 注意數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中造成的模型缺陷； 注重對(duì)無(wú)須加工的特征的有效處理； 處理和修正加工模型造型的缺陷將大大節(jié)省編程和加工的時(shí)間，提高制造 效率。高速加工是以更快的速度來(lái)執(zhí)行數(shù)控加工程序，這不僅給數(shù)控機(jī)床提出了很高的要求，同時(shí)也要求所應(yīng)用CAM軟件具有符合高速加工理念的能力和策略。不僅能夠刀具加工負(fù)荷得穩(wěn)定 性，而且能夠提高表面加工質(zhì)量。用高速切削加工方式替代 傳統(tǒng)加工方式加工硬度高的材料(如模具)，可以省去電火花加工和鉗工修磨 等工序，提高了加工的生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，縮短了加工研制周期。刀具的長(zhǎng)度變化要求重新開(kāi)發(fā)后處理程序以及處理刀具軌跡得到新的加工程序。該后處理方法基于 控制軟件的設(shè)置，通常作為選配項(xiàng)，用戶可以根據(jù)自己的需要決定是否購(gòu)買 4．3五軸機(jī)床雙擺頭軸的零點(diǎn)標(biāo)定和結(jié)構(gòu)誤差的標(biāo)定 五軸機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸之間的位簧關(guān)系理論上是相互平行或正交，但在實(shí)際的 制造過(guò)程裝配過(guò)程中，各運(yùn)動(dòng)軸位置關(guān)系總是存在著一定的誤差，如何測(cè)量計(jì) 算其相互的位置誤差，以期在后處理過(guò)程中加以補(bǔ)償，是保證五軸數(shù)控加工精 度的一個(gè)主要方面，本節(jié)對(duì)本項(xiàng)目中研發(fā)的雙擺頭數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)誤差進(jìn)行測(cè) 量標(biāo)定，為后續(xù)正確的后置處理奠定了條件。 1)將球頭立銑刀裝卡到主軸刀柄上，千分表固定在工作臺(tái)表面 2)上述標(biāo)定的基礎(chǔ)上，使B軸處于零點(diǎn)位置 3)移動(dòng)C軸，使B軸軸線近似平行于重合于Y軸導(dǎo)軌 4)移動(dòng)機(jī)床X，Y, Z壓上千分表探針達(dá)到十到二十微米 5)移動(dòng)機(jī)床Y軸坐標(biāo)檢驗(yàn)千分表指針的變化 6)如上所述，移動(dòng)C使Y軸移動(dòng)時(shí)，表真的變化在可接受的范圍。在Pro／E中畫圖如下 2)將B軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具中心Y坐標(biāo)設(shè)定為刀具中心到轉(zhuǎn)軸Y 軸的距離。作為B，c兩軸的距離d和刀具中心到轉(zhuǎn)軸的距離D。零點(diǎn)的標(biāo)定的誤差對(duì)以后的數(shù)據(jù)處理有著顯著的影響。因此三軸加工的關(guān)鍵在于加工特征識(shí)別和刀具路徑規(guī)劃．而五軸加工的關(guān)鍵在于刀具姿態(tài)優(yōu)化【3l】。 5．3本章小結(jié) 通過(guò)對(duì)五軸機(jī)床各軸坐標(biāo)系統(tǒng)定義和關(guān)系轉(zhuǎn)換,研究了進(jìn)行五軸加工數(shù)控 編程的主要問(wèn)題。另外。5 20紅．自由曲面三坐標(biāo)加工走刀步長(zhǎng)的確定．武漢：華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)．1998 8 21蘭，周艷紅，周濟(jì)．復(fù)雜形狀區(qū)域行切加工刀具軌跡生成．貴州：機(jī)械與電子．1996 4 51