【正文】 削深度和大的切削速度，可以實現(xiàn) 切削力小，加工表面粗糙度小，能夠提高刀具壽命。 3)CAM刪軟件的性能影響 高速加工的實現(xiàn)也依賴于CAM提供特殊的加工策略來滿足需求。因此，加工對象一般為三維的cAD模型，其形狀直接決定了刀具的加工， 是影響加工軌跡的主要方面，其精度則影響了最終的加工精度。對上 式中函數(shù)對x求導得到下列關系： 可知，當?shù)毒咻S線矢量eO，yo時，切削點軌跡為凹曲線；當時，切削點軌跡為凸線；當時，切削點在此時為函數(shù)曲線的拐點。 2陶瓷刀具。同一曲面加工所選刀具軌跡的不同，其精度和效率是有很大 區(qū)別的．刀具軌跡優(yōu)劣評價的要素： l刀具軌跡的長度：即對零件加工的刀具軌跡的總長度，包括刀具的有效 路徑的長度和不進行切削的空行程長度。其定義方法的原則是在保證加工質(zhì)量要求的情況下實現(xiàn)高的切削效率，同時避免加工中的干涉問題和控制零件的欠切在可接受的程度。3．2．2曲面的加工工藝分析 隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，機械制造中復雜曲面的零件的加工需求量越來 越大，這些復雜曲面通常不能由傳統(tǒng)的非數(shù)控方法加工，或者加工效率與加工 質(zhì)量難以滿足要求。以下分析五軸數(shù)控加工應用中問題： 1)編程復雜、抽象、難以實施面對車問編程和調(diào)整。 2．2．3等誤差逼近離散法的方法和特點 等誤差逼近法是使每個逼近段內(nèi)的誤差保持一致，因此是一種合理的逼近 方法，關鍵是算法的思想。 2．2程數(shù)表的第二次數(shù)學處理 第一次逼近所取得的結(jié)果一般都不能直接用于編程，而必須取得逼近列表 曲線的直線或圓弧數(shù)據(jù)，這一擬合過程在編程中被稱為第二次數(shù)學處理(或稱 為第二次逼近)。1．2課題目標 分析復雜零件五軸數(shù)控過程中的關鍵技術(shù)問題，為五軸數(shù)控加工技術(shù)的廣 泛應用提供技術(shù)指導。本文研究主題是復雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)，通過對復雜曲 面數(shù)控加工過程中的各項關鍵技術(shù)分析，重點研究以下四個方面的問題：工程 圖表的數(shù)學處理；復雜五軸數(shù)控加工程序的編制；高速加工技術(shù)的應用和五軸 數(shù)控加工后置程序的開發(fā)。 五軸聯(lián)動數(shù)控加工的特點： 所謂五軸聯(lián)動加工是指一臺機床上五個坐標軸同時控制協(xié)調(diào)運動進行加 工．五軸聯(lián)動加工一般是指三個坐標軸和兩個轉(zhuǎn)動軸同時協(xié)調(diào)加工，旋轉(zhuǎn)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(lián)動數(shù)控技術(shù)不僅提高了機械加工的生產(chǎn)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(shù)逼近示意圖 等參數(shù)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(shù)值計算功能，對數(shù)據(jù)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(shù)、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(cè)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(shù)控加工刀具具有以下特點： l互換性好，多采用可轉(zhuǎn)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(xiàn)在機床的機械性能和數(shù)控控制 系統(tǒng)的性能兩個方面 l機床的機械性能 主軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸中心編程處理RTCP(Rotation Tool Centre) 五坐標機床數(shù)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(jié)果如下表4．2： 表4．2轉(zhuǎn)軸偏差與轉(zhuǎn)軸距離圖 該方法可以測量所求的距離D和d，根據(jù)算術(shù)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(shù)控加工編程的優(yōu)化 五軸數(shù)控加工是一個復雜的過程，其中生產(chǎn)效率和加工質(zhì)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(xiàn)優(yōu)良的高速性能，本文以此類機床為對象， 建立結(jié)構(gòu)模型如下圖5．1： 圖5．1五軸機床模型結(jié)構(gòu)圖 刀具雙擺動機床的運動關系： 假定該機床的數(shù)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(shù)控加工的程序編制 五軸加工和三軸加工加工的本質(zhì)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(zhuǎn)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(nèi)，千分表跳動量為5um可認為滿足要求。 五軸數(shù)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(jié)構(gòu)類型和刀具中心到旋轉(zhuǎn)軸中心的距離，即轉(zhuǎn)軸距離(pivot distance)， 跟據(jù)轉(zhuǎn)軸距離和坐標轉(zhuǎn)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(xiàn)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(lián)動數(shù)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(lián)動加工曲面刀具切削位姿圖 3．3．1五軸數(shù)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(nèi)，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(lián)動加工直線逼近誤差 2)刀軸擺動誤差 如圖所示為數(shù)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(qū)動幾何體上產(chǎn)生驅(qū)動點，第二是將驅(qū)動點沿投射方向投射到零件幾何體上。垂直于刀軸驅(qū)動面垂直于刀軸驅(qū)動面是指刀具軸線始終平行于刀軸驅(qū)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(xiàn)在隨 著新型功能部件的出現(xiàn)，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(lián)動數(shù)控加工編程的關鍵技術(shù) 3．2．1數(shù)控編程方法 基于CAM刪軟件的計算機輔助編程是五軸數(shù)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(shù)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(shù)密集離散的方法，對曲線 的逼近離散了大量的數(shù)據(jù)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(shù)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(jié)構(gòu)和誤差分析，為結(jié)構(gòu)改進和誤差補償提供依據(jù)。而國 內(nèi)尚處于發(fā)展階段，應用方面的缺陷已經(jīng)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(nèi)已有數(shù)家機床公司 開發(fā)了五軸聯(lián)動加工中心，華中數(shù)控、廣州數(shù)控和南京四開等數(shù)家公司也開發(fā) 了自己的五軸數(shù)控系統(tǒng)。高速加工技術(shù)是近年來機械加工技術(shù)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die(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(zhuǎn)軸坐標，就必須采用能傾斜和轉(zhuǎn)動的工作臺或能轉(zhuǎn)動和擺動的主軸頭 部件。 從加工曲面的幾何特征和構(gòu)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(zhuǎn) 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(qū)動面的變化而相應地實現(xiàn)小幅度變化并且實現(xiàn)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(qū)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(qū)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(shù)控編程往往以加工曲 面作為刀軸的驅(qū)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(lián)參數(shù)。 在兩個建模工具軟件之間使用通用類型的模型轉(zhuǎn)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(chǎn)生的切屑厚度為最大，隨后