【正文】 芳憶湘，張嘉鈺等．計算機輔助設(shè)計基礎(chǔ)及應(yīng)用．北京： 清華大學(xué)出版社， 2020 2 張瑞豐等編． 精通 MATLAB 6． 5．北京： 中國水利 水電出版社， 2020 3 張鵬，張巍，李學(xué)仁．基于 Matlab Runtime serve 的應(yīng)用與開發(fā)．北京： 微計算機信息． 2020， 9― 1： 28 卜 282 4 周濟，周艷紅編著 ．數(shù)控加工技術(shù)．北京：國防工業(yè)出版社， 2020 5 任秉銀唐余勇編著．數(shù)控加工中的幾何建模理論及其應(yīng)用．哈爾濱：哈爾 濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2020 ， 6[美 ]unigraphics solutions 著．多軸銑制造過程培訓(xùn)教程 [M]．北京：清華大 學(xué)出版社， 2020 7 郭培全，王紅巖． 數(shù)控機床編程與應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社， 2020 8 高風(fēng)英．數(shù)控機床編程與操作．南京：東南大學(xué)出版社， 2020 9 陳惠賢姚運萍．數(shù)控加工復(fù)雜曲面的誤差分析和補償．北京：新 技術(shù)藝， 2020． 9： 34― 36 lO 孫江宏，陳秀梅． PRO／ ENGINEER2020 數(shù)控加工教程．北京：清華大學(xué)出版社． 2020 l ll 唐一平．先進制造技術(shù) 英文版 ．西安：西安交通大學(xué)出版社． 2020 2 12 王玉新．數(shù)字化設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社． 2020 3 13 柳迎春，簡琦昭． PRO／ ENGINEER200l 中文版自由曲面與行為建模．北 京：清華大學(xué)出版社． 2020 9 14 范欽武．模具數(shù)控加工技術(shù)及應(yīng)用．北京：化學(xué)工業(yè)出版社． 2020 5 15 周宏甫．數(shù)控技術(shù)．廣州：華南理工大學(xué)出版社． 2020 9 16 張建民．機電一體化系統(tǒng)設(shè)計．北京：高等教育出版社． 200l 8 17 張伯霖，楊慶東，陳長年．高速切削技術(shù)及應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社。 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(fù)雜的過程，其中生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量是一對矛盾。 第 6 章總結(jié)展望 由于客觀條件和時問的限制，本課題 的工作還有以下問題有待完善。其 中，刀具和工件的影響最為明顯．在加工對象確定的情況下，根據(jù)工件形狀、 大小和切削性能等特點，選擇合適的刀具材料、直徑等各項參數(shù)，進而確定切 削 速度，機床轉(zhuǎn)速，刀具切深等參數(shù)。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。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(fù)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(guān)系： 假定該機床的數(shù)學(xué)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(guān)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。在實際研究，設(shè)計和生產(chǎn)過程中有顯著的 意義。 4：在標定機床雙擺頭零點時， 由于條件所限，利用立銑刀的母線來校正， 其測量距離較短，精確度較低，建議采用標準芯棒作為測量標準。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。刀尖到轉(zhuǎn) 軸之間的距離為該距離加工球頭銑刀的半徑。 本節(jié)正是利用了參數(shù)驅(qū)動來自動計算所求要素。 利用其畫圖數(shù)據(jù)的參數(shù)驅(qū)動化，可以約束各線段相等，通過定義其到坐標 軸的距離，可以自動計算 B 軸和 C 軸 軸線的相互位置和轉(zhuǎn)軸到刀尖的距離。 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。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。 實驗步驟： 4． 3． 1 B 軸的零點標定 定義 B 軸零點為刀具垂直于機床工作臺面的位置。該距離是獨立于編程的，是在執(zhí)行程序前由顯示終端輸入的， 與程序無關(guān)。 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。 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(shù)控加工復(fù)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。 3． 5 本章小結(jié) 本章分析了五軸數(shù)控加工應(yīng)用中的若干關(guān)鍵因素，其中包括了編程方 法，工藝分析，刀具的驅(qū)動及選擇，數(shù)控加工的誤差分析，同時分析了影響高 速切削加工的關(guān)鍵要素，從 CAD 模型、加工機床、加工軌跡策略等方面闡述了 高速加工實施過程中的特殊要求。其中最重要的是保證刀具軌跡 路徑的連續(xù)性和減少突然變向。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。 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。不適用的加工 策略會造成加工質(zhì)量低下、刀具壽命降低甚至是災(zāi)難性后果。 2 機床數(shù)控控制系統(tǒng) 高速數(shù)控加工對數(shù)控控制系統(tǒng)要求更為嚴格，除了滿足傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的各 項功能外，還有以下的特殊要求： 自適應(yīng)的前瞻控制：數(shù)控機床在復(fù)雜曲面高速加工過程 中， NC 數(shù)據(jù)密集， 僅處理少數(shù)段數(shù)據(jù)將會引起過大的加減速，使高速切削難以實現(xiàn)，通常高速加 工過程中處理數(shù)據(jù)段在 1000 段以上。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。 模型破面通常表現(xiàn)為各曲面之間有間隙或有重疊。 l 模型的精度要求 同上所述，加工的最終結(jié)果和采用何種建模方法無關(guān)，和采用何種建模工 具也無關(guān)，但造型公差必須優(yōu)于加工公差，通常高于加工精度要求一個數(shù)量級。 加工凹曲面過程中，刀具軸線擺動誤差對總誤差起了修正作用，此時，在 滿足不過切的條件下，計算選擇合適的刀具軸線和切削曲線切向夾角，可以顯 著地減小編程的總誤差． 3． 4 高速加工技術(shù)及應(yīng)用 影響高速加工應(yīng)用的關(guān)鍵要素 1 CAD 模型對高速加工的影響 高速加工的對象一般是復(fù)雜零件的特征，其中曲面加工是其中最重要的方 面。 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。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(guān)，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。 5 擺動誤差表達式的簡化 在五軸數(shù)控編程過程中，需要定義刀具軸線矢量相對于驅(qū)動面的方向，因 此，上式中，不是編程中所確定的關(guān)心的參數(shù)。 五軸聯(lián)動數(shù)控加工曲面時，數(shù)控控制系統(tǒng)大多采用直線插補，所以刀具中 心點的軌跡為直線，由數(shù)學(xué)知識可得，函數(shù)曲線的一階導(dǎo)數(shù)可以得到函數(shù)曲線 的單調(diào)性和極值情況，函數(shù)曲線的二階導(dǎo)數(shù)可以得到函數(shù)曲線的凸凹性。不斷變化的。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(shè)弧線長為△ S， 對應(yīng)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(guān)系。 3． 3 復(fù)雜曲面的數(shù)控加工誤差分析和補償 利用五軸數(shù)控機床加工復(fù)雜曲面時，平底立銑刀為其常用的加工刀具。硬質(zhì)合金刀具的特點是硬度高，紅硬性好，韌性一般， 有一定的抗沖擊能力，是數(shù)控加工中應(yīng)用最為廣泛的一種刀具材料，按其晶粒 大小分為普通硬質(zhì)合金，細顆粒硬質(zhì)合金和微顆粒硬質(zhì)合金；按其主要成分分 為鎢基硬質(zhì)合金和鈦基硬質(zhì)合金；按其表面是否涂層可分為無涂層硬質(zhì)合金和 涂層硬質(zhì)合金。 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。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。 3 刀具軌跡方向的一致性：加工軌跡的不同選擇使曲面得法矢量的變化幅 度和變化頻率有很大的區(qū)別，從而影響了加工效率和質(zhì)量。 2 五軸數(shù)控加工的刀具運動軌跡控制 在復(fù)雜曲面的多坐標數(shù)控加工過程中，刀具軌跡的