【正文】 分析復(fù)雜零件五軸數(shù)控過 程中的關(guān)鍵技術(shù)問題，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)。 3 對曲率半徑大且變化較小的大型曲面，采用大直徑刀具端面銑削，能夠 實現(xiàn)刀具大跨度切削，從而可以顯著地提高加工表面質(zhì)量和加工效率。五軸聯(lián)動數(shù)控加 工與一般的三軸聯(lián)動數(shù)控加工相比，主要有以下優(yōu)點： 1 通過定義適當(dāng)?shù)牡?軸變化，可以避開刀具干涉，能夠加工一般三軸數(shù)控 機床所不能加工的復(fù)雜曲面。旨在研究復(fù)雜曲面 的制造技術(shù)在五軸聯(lián)動數(shù)控加工的應(yīng)用，為推廣五軸數(shù)控加工技術(shù)研究和應(yīng)用 提供技術(shù)支持。本課題針對復(fù)雜曲面的若干關(guān) 鍵技術(shù) 幾何建模技術(shù)、數(shù)控編程、加工技術(shù) 進行研究。國外在此已經(jīng)有了成熟的技術(shù)應(yīng)用體系。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)。 關(guān)鍵詞：五軸數(shù)控機床； CAM；數(shù)控編程；后置處理 Abstract 目錄 摘要 1． 1 課題研究背景 1． 2 課題目標(biāo) 課題意義 第 2 章曲面數(shù)據(jù)列表數(shù)學(xué)處理方法的研究 小二乘法及擬合 方法 2． 2 程數(shù)表的第二次數(shù)學(xué)處理 2． 等參數(shù)逼近散發(fā)的方法和特點 2． 2． 2 等步長逼近離散法的方法和特點 2． 2． 3 等誤差逼近離散法的方法和特點 2． 3 本章小結(jié) 第 3 章復(fù)雜曲面五軸數(shù)控加工的研究 3． 1 五軸數(shù)控加工的應(yīng)用問題 3． 2 五軸聯(lián)動數(shù)控加工編程的關(guān)鍵技術(shù) 3． 2． 1 數(shù)控編程方法 3． 2． 2 曲面的加工工藝分析 3． 2． 3 五軸數(shù)控加工的刀具驅(qū)動控制 3． 2． 4 數(shù)控加工刀具的選擇 3． 3 復(fù)雜曲面的數(shù)控加工誤差分析和補償 3． 3． 1 五軸數(shù)控加工凸 曲面時的誤差 3． 3． 2 五軸聯(lián)動數(shù)控加工凹曲面時的誤差 3． 3． 3 編程影響誤差因素分析補償 3． 4 高速加工技術(shù)及應(yīng)用 3． 5 本章小結(jié) 第 4 章五軸聯(lián)動數(shù)控加工后置處理程序開發(fā) 33 4． 1 后置處理程序的概念 五軸后處理程序開發(fā)的兩種方法 心位置編程處理 4． 2． 2 旋轉(zhuǎn)軸中心編程處理 RTCP Rotation Tool Centre 4. 3 五軸機床雙擺頭軸的零點標(biāo)定和結(jié)構(gòu)誤差的標(biāo)定 34 4． 3． 1 B 軸的零點標(biāo)定 4． C 軸零點標(biāo)定 4． 軸軸線和 B 軸軸線的位置關(guān)系的標(biāo)定 36 4． 分析數(shù)據(jù)結(jié)果 4． 3． 5 實驗結(jié)果分析如下 4． 4 本章小結(jié) 第 5 章五軸數(shù)控編程實例 5． 1 多軸數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)模型 5． 2 五軸數(shù)控加工的程序編制 5． 3 本章小結(jié) 第 6 章總結(jié)展望 致謝 1． 1 課題研究背景 數(shù)控加工技術(shù)一直以來都作為一個國家的機械制造業(yè)水平的衡量標(biāo)志之 一。本文研究主題是復(fù)雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)，通過對復(fù)雜曲 面數(shù)控加工過程中的各項關(guān)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(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 序的開發(fā)。畢業(yè)設(shè)計（論文） 復(fù)雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)研究及應(yīng)用 河南科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 （機電一體化工程） 地 市： 鄭州市 準(zhǔn)考證號： 姓 名： 河南省高等教育自學(xué)考試 高等教育自學(xué)考試 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 一、題目 復(fù)雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)研究及應(yīng)用 二、本環(huán)節(jié)自 2020 年 1 月 14 日起至 2020 年 4 月 20 日止 三、進行地點 河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四、內(nèi)容要求 查閱相關(guān)資料、收集、整理；確定論文提綱，理清書寫思路，進行必要的計算分析；按時完成初稿；根據(jù)指導(dǎo)教師的意見修改；按時完成修改稿交指導(dǎo)教師審閱；根據(jù)指導(dǎo)教師的意見完成定稿。 指導(dǎo)教師： 批準(zhǔn)日期： 高等教育自學(xué)考試 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師意見書 指導(dǎo)老師 職稱 副教授 年 月 日 高等教育自學(xué)考試 畢業(yè)設(shè)計評閱意見書 評閱 老師 職稱 年 月 日 高等教育自學(xué)考試 畢業(yè)設(shè)計答辯成績評定書 評 語： 成績總評： 答辯委員會主任： 答辯小組 組長： 答辯小組 成員： 年 月 日 摘 要 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)，是一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水 平的重要標(biāo)志之一。對測量得到復(fù)雜曲面零件的圖表數(shù)據(jù)進行了數(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)動方式和刀具軸線的驅(qū)動方式；分析了項目研制雙擺頭五軸聯(lián)動數(shù)控加工中 心的結(jié)構(gòu)模型并對其結(jié)構(gòu)誤差進行了測量與補償；研究了五軸數(shù)控加工后置處 理程序開發(fā)的方式和過程，對機床結(jié)構(gòu)誤差做出了相應(yīng)的補償；對典型的復(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動軌跡 和數(shù)控加工程序；通過該課題研究，可為五軸聯(lián)動數(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。近幾年來，作為機械加工領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，五軸 聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)的 研發(fā)和應(yīng)用得到了科研院所、高校和企業(yè)的極大關(guān)注。因此復(fù)雜形狀零件的加工技術(shù)由于五軸聯(lián)動數(shù)控加工 中心的應(yīng)用得到了突破的可能。而國 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 大瓶頸問題，直接影響了機械制造業(yè)的發(fā)展阮?；谖遢S 聯(lián)動數(shù)控加工 復(fù)雜形狀零件的制造加工過程的各個關(guān)鍵要素得到了研究。 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(biāo)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(biāo)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。 2 適合于直紋面的加工，采用側(cè)面銑削的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)一刀精加工成型， 挺高了加工質(zhì)量和效率。 4 刀軸的可變化使復(fù)雜零件一次裝卡加工空間多個表面，實現(xiàn)了多工序的 集中加工，有利于提高各加工要素的相互位置精度。 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)。 五軸數(shù)控編程技術(shù)：五軸數(shù)控編程難度大是該技術(shù)應(yīng)用的瓶頸問題，對刀 具軸線的合理控制是研究的關(guān)鍵問題，其中，刀具軌跡的驅(qū)動方式也是提高提 高加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素所作。影響其應(yīng)用的各個要素是本課題研究的重點之一。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)。基于五軸聯(lián)動數(shù)控加工的復(fù)雜形狀零件的設(shè)計加工過程的 各個要素得到了考慮。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(yīng)用 在航空航天，軍工模具等行業(yè)。 第 2 章曲面數(shù)據(jù)列表數(shù)學(xué)處理方法的研究 小二乘法及擬合方法 最小二乘法的基本思想是對應(yīng)數(shù)據(jù)確定的擬合曲線與各坐標(biāo)點的偏差的平方和最小【 l】。 上述擬合過程在數(shù)控加工的編程工作中，一般被稱為第一次逼近 或稱第 一次數(shù)學(xué)處理 。 雖然高檔的數(shù)控控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)訔l曲線進行處理，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逼近。本文采 用等誤差直線逼近法來處理用數(shù)學(xué)方程來表示的輪廓圖形。由于各種曲 線上各點的曲率不同，如要使各段插補誤差相同，則各插補段長度不等．此種 方法的優(yōu)點是插補段數(shù)目比較少．這對于大型和形狀復(fù)雜的曲線零件有較大意 義。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。 對于復(fù)雜曲線的逼近，可以采用等參數(shù)，等步長，等誤差三種方法對其進 行逼近處理。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。 2． 2． 2 等步長逼近離散法的方法和特點 等步長逼近使各相鄰離散點的距離相等，如圖 2． 2 所示： 圖 2． 2 等步長逼近示意圖 對已知曲線離散起點為，離散步長為， 則下一離散點，從原理上來說，以 為半徑為的球，該球與曲線的交點之一為。但這種直接求交的方法一般難以實施，需要采用如數(shù) 值計算，迭代搜索或離散求交等措施來實現(xiàn)。采用先以小參數(shù)對原曲線進行密集離散，然后再校 核各離散段內(nèi)的實際逼近誤差，刪除不必要的離散點，從而是剩下的各離散段 內(nèi)的逼近誤差近似 相等。如下： 設(shè)為曲線 r r t 上經(jīng)等參數(shù)離散 所得到的點對于初始點 rk，從 rk+2開始依次選取一個離散點進行判別處理：對 于，求取它到直線段。 l，重復(fù)上 述過程，直到不滿足 di c，設(shè)該點為 r．。 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。 2． 3 本章小結(jié) 數(shù)控加工過程中，工程數(shù)據(jù)的處理以計算量大和復(fù)雜成為一大瓶頸問題。本文 利用姒 TLAB 的強大數(shù)值計算功能，對