【正文】 削深度和大的切削速度，可以實(shí)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(shí)現(xiàn)也依賴(lài)于CAM提供特殊的加工策略來(lái)滿(mǎn)足需求。因此，加工對(duì)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(duì)上 式中函數(shù)對(duì)x求導(dǎo)得到下列關(guān)系： 可知，當(dāng)?shù)毒咻S線(xiàn)矢量eO，yo時(shí)，切削點(diǎn)軌跡為凹曲線(xiàn)；當(dāng)時(shí)，切削點(diǎn)軌跡為凸線(xiàn)；當(dāng)時(shí)，切削點(diǎn)在此時(shí)為函數(shù)曲線(xiàn)的拐點(diǎn)。 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(píng)價(jià)的要素： l刀具軌跡的長(zhǎng)度：即對(duì)零件加工的刀具軌跡的總長(zhǎng)度，包括刀具的有效 路徑的長(zhǎng)度和不進(jìn)行切削的空行程長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)高的切削效率，同時(shí)避免加工中的干涉問(wèn)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(jī)械制造中復(fù)雜曲面的零件的加工需求量越來(lái) 越大，這些復(fù)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(mǎn)足要求。以下分析五軸數(shù)控加工應(yīng)用中問(wèn)題： 1)編程復(fù)雜、抽象、難以實(shí)施面對(duì)車(chē)問(wèn)編程和調(diào)整。 2．2．3等誤差逼近離散法的方法和特點(diǎn) 等誤差逼近法是使每個(gè)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(guān)鍵是算法的思想。 2．2程數(shù)表的第二次數(shù)學(xué)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(xiàn)的直線(xiàn)或圓弧數(shù)據(jù)，這一擬合過(guò)程在編程中被稱(chēng)為第二次數(shù)學(xué)處理(或稱(chēng) 為第二次逼近)。1．2課題目標(biāo) 分析復(fù)雜零件五軸數(shù)控過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為五軸數(shù)控加工技術(shù)的廣 泛應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。本文研究主題是復(fù)雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)，通過(guò)對(duì)復(fù)雜曲 面數(shù)控加工過(guò)程中的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)分析，重點(diǎn)研究以下四個(gè)方面的問(wèn)題：工程 圖表的數(shù)學(xué)處理；復(fù)雜五軸數(shù)控加工程序的編制；高速加工技術(shù)的應(yīng)用和五軸 數(shù)控加工后置程序的開(kāi)發(fā)。 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的特點(diǎn)： 所謂五軸聯(lián)動(dòng)加工是指一臺(tái)機(jī)床上五個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)控制協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加 工．五軸聯(lián)動(dòng)加工一般是指三個(gè)坐標(biāo)軸和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸同時(shí)協(xié)調(diào)加工，旋轉(zhuǎn)軸的 參與是刀具切削過(guò)程中始終處于最佳的切削狀態(tài)成為了可能。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)不僅提高了機(jī)械加工的生產(chǎn)效率，更重要的是主要應(yīng)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(diǎn)是算法簡(jiǎn)單穩(wěn)定，但相鄰離散點(diǎn)之間距離是不等 的，各逼近線(xiàn)段與原曲線(xiàn)之間的誤差是不一致的。本文利用姒TLAB的強(qiáng)大數(shù)值計(jì)算功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了多項(xiàng)式擬合處理和圖形顯示。利用CAM模塊進(jìn)行輸入計(jì)算工藝參數(shù)、編輯定義刀具路徑軌跡、動(dòng)態(tài)仿真切削過(guò)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(yīng)用于直紋面的加工。 一般來(lái)說(shuō)與普通機(jī)床所用刀具相比，數(shù)控加工刀具具有以下特點(diǎn)： l互換性好，多采用可轉(zhuǎn)位機(jī)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(xiàn)逼近插補(bǔ)誤差可通過(guò)控制走刀步長(zhǎng)來(lái)控制。其高性能的要求主要體現(xiàn)在機(jī)床的機(jī)械性能和數(shù)控控制 系統(tǒng)的性能兩個(gè)方面 l機(jī)床的機(jī)械性能 主軸轉(zhuǎn)速高，功率大。刀具軸線(xiàn)的突變會(huì)影響刀具的切削性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì) 造成加工零件的過(guò)切。 4．2．2旋轉(zhuǎn)軸中心編程處理RTCP(Rotation Tool Centre) 五坐標(biāo)機(jī)床數(shù)控加工編程后處理時(shí)，常用RTcP功能對(duì)機(jī)床的后處理加以簡(jiǎn) 化。 1）將銑刀裝卡到主軸刀柄上，臺(tái)鉗固定在機(jī)床工作面上，代木固定在臺(tái)鉗上，注意刀具的長(zhǎng)度和機(jī)床的行程。計(jì)算B軸不同位置時(shí)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(cè)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(píng)定刀位軌跡優(yōu)劣的要素為刀位軌跡的長(zhǎng)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(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其中生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量是一對(duì)矛盾。由于刀具雙擺動(dòng)的五軸機(jī)床具有定工作臺(tái)，動(dòng)軸的特點(diǎn)，能夠加工大 型復(fù)雜曲面的零件，而且容易實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的高速性能，本文以此類(lèi)機(jī)床為對(duì)象， 建立結(jié)構(gòu)模型如下圖5．1： 圖5．1五軸機(jī)床模型結(jié)構(gòu)圖 刀具雙擺動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)關(guān)系： 假定該機(jī)床的數(shù)學(xué)模型各運(yùn)動(dòng)軸處于相互正交或平行狀態(tài)，雙擺頭的兩軸 線(xiàn)垂直正交．不考慮機(jī)床零件制造裝配誤差，在理想情況下建立各坐標(biāo)系關(guān)系 如圖5．2： 圖5．2五軸機(jī)床坐標(biāo)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(xiàn) 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(xiàn)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(cè)量手段的限制，一般工廠(chǎng) 實(shí)踐認(rèn)為：在100mm內(nèi)，千分表跳動(dòng)量為5um可認(rèn)為滿(mǎn)足要求。 五軸數(shù)控加工復(fù)雜曲面過(guò)程中，在得到刀具軌跡文件后，還要確定加工機(jī) 床的結(jié)構(gòu)類(lèi)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(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)值來(lái)計(jì)算出X、Y、Z的直線(xiàn)坐標(biāo)補(bǔ)償，以確認(rèn)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(fù)荷,來(lái)充分發(fā)揮高速機(jī)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(bǔ)償 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工編程的誤差由直線(xiàn)逼近誤差和刀具軸線(xiàn)擺動(dòng)誤差兩部分組成，其中，直線(xiàn)逼近誤差和加工刀具無(wú)關(guān)，只取絕于所加工的曲面曲率和插補(bǔ)段的弧長(zhǎng)，正比例于加工曲面的曲率，正比例于插補(bǔ)段的弧長(zhǎng)的平方。下圖3．2所示： Y 圖3．2五軸聯(lián)動(dòng)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(shí)的誤差 1)線(xiàn)形逼近誤差6t 圖3．3所示為線(xiàn)性逼近誤差示意圖，編程時(shí)，通常用直線(xiàn)段AB來(lái)近似代替弧線(xiàn)AB，直線(xiàn)逼近誤差可以計(jì)算如下：在一查補(bǔ)直線(xiàn)段內(nèi)，設(shè)弧線(xiàn)長(zhǎng)為△S，對(duì)應(yīng)的弧度為o，曲線(xiàn)曲率為k，則： 圖3．3五軸聯(lián)動(dòng)加工直線(xiàn)逼近誤差 2)刀軸擺動(dòng)誤差 如圖所示為數(shù)控加工過(guò)程中平底立銑刀刀具姿態(tài)與凸曲面的位置之間的關(guān)系。刀具軌跡創(chuàng)建一般要包括兩個(gè)步驟：第一是從驅(qū)動(dòng)幾何體上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，第二是將驅(qū)動(dòng)點(diǎn)沿投射方向投射到零件幾何體上。垂直于刀軸驅(qū)動(dòng)面垂直于刀軸驅(qū)動(dòng)面是指刀具軸線(xiàn)始終平行于刀軸驅(qū)動(dòng)面相應(yīng)點(diǎn)的表面法向矢量。 其加工特點(diǎn)是刀軸線(xiàn)方向往往選擇曲面上法向曲率絕對(duì)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(xiàn)長(zhǎng)度?，F(xiàn)在隨 著新型功能部件的出現(xiàn)，其價(jià)格有所降低，但其編程難以面向加工車(chē)間的實(shí)施 也阻礙了其廣泛應(yīng)用． 3．2五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工編程的關(guān)鍵技術(shù) 3．2．1數(shù)控編程方法 基于CAM刪軟件的計(jì)算機(jī)輔助編程是五軸數(shù)控編程常用的方法，其特點(diǎn)是可以對(duì)復(fù)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(lái)了兩個(gè)問(wèn)題：一是離散點(diǎn)為等參數(shù)密集離散的方法，對(duì)曲線(xiàn) 的逼近離散了大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，降低了算法的效率，另一個(gè)是用密集的離散點(diǎn)來(lái) 近似為曲線(xiàn)上所有的點(diǎn)，這樣在曲線(xiàn)曲率變化較大的時(shí)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(xiàn)加工的理論刀具軌跡是曲線(xiàn)本身，不必考慮刀具的 補(bǔ)償問(wèn)題。對(duì)項(xiàng)目中研發(fā)的五軸機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)和誤差分析，為結(jié)構(gòu)改進(jìn)和誤差補(bǔ)償提供依據(jù)。而國(guó) 內(nèi)尚處于發(fā)展階段，應(yīng)用方面的缺陷已經(jīng)成為提高復(fù)雜關(guān)鍵零件制造水平的一 大瓶頸問(wèn)題，直接影響了機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展阮。國(guó)內(nèi)已有數(shù)家機(jī)床公司 開(kāi)發(fā)了五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，華中數(shù)控、廣州數(shù)控和南京四開(kāi)等數(shù)家公司也開(kāi)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(lái)機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展方向之 一。一般來(lái)說(shuō)，由于弦 線(xiàn)法的插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)均在曲線(xiàn)輪廓上，容易計(jì)算，程序編制也簡(jiǎn)單一些，所以常用 弦線(xiàn)法來(lái)逼近非圓曲線(xiàn)，其關(guān)鍵在于插補(bǔ)段長(zhǎng)度及插補(bǔ)誤差控制。的di： 若die(e為允許誤差)則說(shuō)明用連接兩點(diǎn)的線(xiàn)段來(lái)逼近對(duì)應(yīng) 的曲線(xiàn)段時(shí)，其逼近誤差小于允許值，此時(shí)刪除此點(diǎn)，進(jìn)行下一點(diǎn)r。因?yàn)闄C(jī)床要增加 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)，就必須采用能傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)的工作臺(tái)或能轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)的主軸頭 部件。 從加工曲面的幾何特征和構(gòu)造特點(diǎn)來(lái)看，復(fù)雜曲面可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是 直紋面，準(zhǔn)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(lèi)是各點(diǎn)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(xiàn)應(yīng)隨驅(qū)動(dòng)面的變化而相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)小幅度變化并且實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的切削姿態(tài)，高的切削效率，無(wú)干涉和欠切． 一般情況下，選擇加工表面作為刀軸驅(qū)動(dòng)面是能夠滿(mǎn)足要求的，但對(duì)于復(fù)雜的零件曲面(如雕塑曲面)，零件表面作為刀軸驅(qū)動(dòng)面將會(huì)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(yùn)動(dòng)切線(xiàn)方向的變化情況。刀 具運(yùn)動(dòng)常采用直線(xiàn)插補(bǔ)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(dòng)曲面，因此刀具軸線(xiàn)矢量相對(duì)于曲面的切向角度為所求的關(guān) 聯(lián)參數(shù)。 在兩個(gè)建模工具軟件之間使用通用類(lèi)型的模型轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)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(yīng)盡量選用順銑加工，因?yàn)樵陧樸姇r(shí)，刀具剛切入工 件產(chǎn)生的切屑厚度為最大，隨后