【正文】 的廣 泛應用提供技術指導。本文研究主題是復雜曲面的數控加工技術，通過對復雜曲 面數控加工過程中的各項關鍵技術分析，重點研究以下四個方面的問題：工程 圖表的數學處理；復雜五軸數控加工程序的編制；高速加工技術的應用和五軸 數控加工后置程 序的開發(fā)。 五軸聯動數控加工的特點： 所謂五軸聯動加工是指一臺機床上五個坐標軸同時控制協調運動進行加 工．五軸聯動加工一般是指三個坐標軸和兩個轉動軸同時協調加工，旋轉軸的 參與是刀具切削過程中始終處于最佳的切削狀態(tài)成為了可能。五軸聯動數控技術不僅提高了機械加工的生產效率，更重要的是主要應用 在航空航天，軍工模具等行業(yè)。如圖 2． 1 所示： 圖 2． 1 等參數逼近示意圖 等參數離散逼近法的特點是算法簡單穩(wěn)定，但相鄰離散點之間距離是不等 的，各逼近線段與原曲線之間的誤差是不一致的。本文 利用姒 TLAB 的強大數值計算功能，對數據進行了多項式擬合處理和圖形顯示。利用 CAM 模塊進 行輸入計算工藝參 數、編輯定義刀具路徑軌跡、動態(tài)仿真切削過程和后置處理刀具路徑軌跡文件。整體式葉輪的加工是其中最有代表性的例子。一般采用刀具側刃銑 削的方式，主要應用于直紋面的加工。 一般來說與普通機床所用刀具相比，數控加工刀具具有以下特點： l 互換性好，多采用可轉位機夾刀片，便于更換． 2 切削性能穩(wěn)定，剛性好，抗振及紅硬性好。不斷變化的。 由上分析可知： 1 直線逼近插補誤差可通過控制走刀步長來控制。其高性能的要求主要體現在機床的機械性能和數 控控制 系統(tǒng)的性能兩個方面 l 機床的機械性能 主軸轉速高，功率大。刀具軸線的突變會影響刀具的切削性能，嚴重時會 造成加工零件的過切。 4． 2． 2 旋轉軸中心 編程處理 RTCP Rotation Tool Centre 五坐標機床數控加工編程后處理時，常用 RTcP 功能對機床的后處理加以簡 化。 1）將銑刀裝卡到主軸刀柄上，臺鉗固定在機床工作面上，代木固 定在臺鉗上，注意刀具的長度和機床的行程。計 算 B 軸不同位置時 D 和 d．結果如下表 4． 2： 表 4． 2 轉軸偏差與轉軸距離圖 該方法可以測量所求的距離 D 和 d，根據算術平均值，可得 D 314． 478mm， d O． 728mm。評定刀位軌跡優(yōu)劣的要素為刀位軌跡的長度和刀軸的方向變化。 感謝一直在背后默默支持我的父母兄姐和朋友。 2 五軸數控加工編程的優(yōu)化 五軸數控加工是一個復雜的過程，其中生產效率和加工質量是一對矛盾。由于刀具雙擺動的五軸機床具有定工作臺，動軸的特點，能夠加工大 型復雜曲 面的零件，而且容易實現優(yōu)良的高速性能，本文以此類機床為對象， 建立結構模型如下圖 5． 1： 圖 5． 1 五軸機床模型結構圖 刀具雙擺動機床的運動關系： 假定該機床的數學模型各運動軸處于相互正交或平行狀態(tài)，雙擺頭的兩軸 線垂直正交．不考慮機床零件制造裝配誤差，在理想情況下建立各坐標系關系 如圖 5． 2： 圖 5． 2 五軸機床坐標系 5． 2 五軸數控加工的 程序編制 五軸加工和三軸加工加工的本質區(qū)別在于：在三軸加工情況下，刀具軸線 在工件坐標系中是固定的，總是平行于 Z 坐標軸：而五軸加工的情況下，刀具 軸線變化的。刀尖到轉 軸之間的距離為該距離加工球頭銑刀的半徑。由于測量手段的限制，一般工廠 實踐認為：在 100mm 內，千分表跳動量為 5um 可認為滿足要求。 五軸后處理程序開發(fā)的兩種方法 心位置編程處理 五軸數控加工復雜曲面過程中，在得到刀具軌跡文件后，還要確定加工機 床的結構類型和刀具中心到旋轉軸中心的距離，即轉軸距離 pivot distance ， 跟據轉軸距離和坐標轉動值來計算出 X、 Y、 Z 的直線坐標補償，以確認刀具中 心處于所期望的位置。 2 保持恒定的金屬去除率 高速切削加工適于淺的切深，高切削速度和恒定負荷 ,來充分發(fā)揮高速 機床和刀具的切削效率。 模型破面通常表現為各曲面之間有間隙或有重疊。由上分析可知：其誤差為： 3． 3． 3 編程影響誤差因素分析補償 五軸聯動數控加工編程的誤差由直線逼近誤差和刀具軸線擺動誤差兩部分組成，其中，直線逼近誤差和加工刀具無關，只取絕于所加工的曲面曲率和 插補段的弧長，正比例于加工曲面的曲率，正比例于插補段的弧長的平方。下圖 3． 2所示： Y 圖 3． 2 五軸聯動加工曲面刀具切削位姿圖 3． 3． 1 五軸數控加工凸曲面時的誤差 1 線形逼近誤差 6t 圖 3． 3 所示為線性逼近誤差示意圖，編程時，通常用直線段 AB 來近似代替弧線 AB，直線逼近誤差可以計算如下：在一查補直線段內，設弧線長為△ S， 對應的弧度為 o，曲線曲率為 k，則： 圖 3． 3 五軸聯動加工直線逼近誤差 2 刀軸擺動誤差 如圖所示為數控 加工過程中平底立銑刀刀具姿態(tài)與凸曲面的位置之間的 關系。刀具 軌跡創(chuàng)建一般要包括兩個步驟：第一是從驅動幾何體上產生驅動點，第二是將 驅動點沿投射方向投射到零件幾何體上。垂 直于刀軸驅動面垂直于刀軸 驅動面是指刀具軸線始終平行于刀軸驅動面相應點的表面法向矢量。 其加工特點是刀軸線方向往往選擇曲面上法向曲率絕對值最小的方向即曲面上 比較平坦的方向，從而盡可能提高刀具與加工表面的接觸線長度?，F在隨 著新型功能部件的出現，其價格有所降低，但其編程難以面向加工車間的實施 也阻礙了其廣泛 應用． 3． 2 五軸聯動數控加工編程的關鍵技術 3． 2． 1 數控編程方法 基于 CAM 刪軟件的計算機輔助編程是五軸數控編程常用的方法，其特點 是可以對復雜曲面零件作編程處理，得到較為理想的數控加工程序。 上述算法帶來了兩個問題：一是離散點為等參數密集離散的方法，對曲線 的逼近離散了大量的數據點，降低了算法的效率，另一個是用密集的離散點來 近似為曲線上所有的點，這樣在曲線曲率變化較大的時候，往往引起較大的逼 近誤差，這在數控編程中是不可接受的。曲線加工的理論刀具軌跡 是曲線本身，不必考慮刀具的 補償問題。對項目中研發(fā)的五軸機床 進行結構和誤差分析，為結構改進和誤差補償提供依據。而國 內尚處于發(fā)展階段，應用方面的缺陷已經成為提高復雜關鍵零件制造水平的一 大瓶頸問題，直接影響了機械制造業(yè)的發(fā)展阮。國內已有數家機床公司 開發(fā)了五軸聯動加工中心，華中數控、廣州數控和南京四開等數家公司也開發(fā) 了自己的五軸數控系統(tǒng)。高速加工技術是近年來機械加工技術發(fā)展方向之 一。一般來說，由于弦 線法的插補節(jié)點均在曲線輪廓上，容易計算，程序編制也簡單一些，所以常用 弦線法來逼近非圓曲線，其關鍵在于插補段長度及插補誤差控制。的 di： 若 di e e 為允許誤差 則說明用連接兩點的線段來逼近對應 的曲線段時，其逼近誤差小于允許值，此時刪除此點，進行下一點 r。因為機床要增加 兩個旋轉軸坐標，就必須采用能傾斜和轉動的工作臺或能轉動和擺動的主軸頭 部件。 從加工曲面的幾何特征和構造特點來看，復雜曲面可以分為兩類：一類是 直紋面，準直紋面或螺旋曲面，如各種增壓器中的葉輪，葉片曲面，整體回轉 刀具的螺旋槽曲面等；另一類是各點處的主曲率都 在變化的自由曲面，如各種 沖壓件，模具曲面等。理想情況下，刀具軸線應隨驅動面的變化 而相應地實現小幅度變化并且實現優(yōu)良的切削姿態(tài)，高的切削效率，無干涉和 欠切． 一般情況下，選擇加工表面作為刀軸驅動面是能夠滿足要求的，但對于 復雜的零件曲面 如雕塑曲面 ，零件表面作為刀軸驅動面將會難以使刀具處于最 佳的切削狀態(tài)或容易引起刀軸的劇烈變化。軌跡方向的一致性 包括刀具運動切線方向的變化情況。刀 具運動常采用直線插補的方式。五軸數控編程往往以加工曲 面作為刀 軸的驅動曲面，因此刀具軸線矢量相對于曲面的切向角度為所求的關 聯參數。 在兩個建模工具軟件之間使用通用類型的模型轉換時，對零件模型精度的檢查 是必要的。 1 切削方式選擇一順銑加工 在高速切削加工中，應盡量選用順銑加工，因為在順銑時，刀具剛切入工 件產生的切屑厚度為最大，隨后逐漸減小。為高速加工技術的具體實施提供了參考。 1 將球頭立銑刀裝卡到主軸刀柄上，千分表固定在工作臺表面 2 移動 B 軸，使之軸線近似垂直于工作臺面 3 移動 機床 X， Y, Z 具壓上千分表探針達到十到二十微米。 4 標注該線段距離，即為刀具中心到轉軸之間的距離。 4． 4 本章小結 本章分析了五軸數控加工后置處理程序的開發(fā)方式，重點對項目中開發(fā)的 五軸數控機床的結構及其制造裝配的誤差進行了分 析，對所測量到的數據進行 了處理，為機床的誤差修正提供了依據，同時對后處理的開發(fā)奠定了基礎。 1 實際生產加工檢驗。 參考文獻 1 崔洪斌。 3 切削參數選擇：切削參數選擇要考慮到整個加工系統(tǒng)的每個因素。 3：在試切測量過程中，采用了代木作為試切的對象，其材質較軟，引起 的對刀測量誤差較大，建議測量試切中，采用硬度較高的材料，如 45 鋼等。 45，分別得到點 Y， Z 坐標，結果如表 4． 1： 4． 3． 4 分析數據結果： 工程軟件 Pro／ E 可以比較方便地處理坐標數據。因此，可以直接編程刀具中心的軌跡，而不需考慮轉 軸中心的距離。這就要求選擇適合高速加工的刀具軌跡驅動方式． 高速數控切削加工的關鍵是采用適用，可靠加工工藝來實