五轴数控加工（精选11篇）
五轴数控加工 篇1
1 五轴数控加工
五轴加工中的直线轴是确定的, 即坐标轴XYZ, 但是旋转轴有三个 (ABC) , 一般在加工时只选择其中两个即可。生产前将加工刀具安装到特定位置后, 仔细校验以确保安装的规范性, 使五轴能充分发挥其作用, 对多个曲面进行同时加工。在实际生产中, 根据生产需要采用不同的加工模式。
1.1“3+2”轴加工模式。
在机床加工中, 旋转轴的损耗远远大于直线轴, 所以如何解决旋转轴的损耗问题是生产工作中的重点。“3+2”模式的编程相对简单, 而且对旋转轴的磨损较小, 延长了机床使用寿命, 所以是五轴加工中普遍使用的模式。在加工中先要建立坐标系, 确定两个旋转轴的方向, 之后3个直线轴联动对零件加工。进行零件的斜面或者是底部打孔时可以使用短刀, 以提高零件的加工效率。但这种模式仍然存在不足之处:由于加工时两个旋转轴的限制, 不能进行360度的全面加工, 导致加工界面不是光滑平整的, 存在细小的瑕疵, 不能实现对零件的精确加工。
1.2“4+1”轴加工模式。
在加工类似回转体的零件时, 常采用“4+1”加工模式, 即确定一个旋转轴的角度, 其他四个轴联动进行加工。这种加工模式的局限性较大, 不适用于所有的零件加工, 但能够避免零件经常被安装, 在一定程度上提高了生产效率, 所以一直沿用至今。
1.3 五轴联动加工。
五轴联动加工是加工中最为精确的一种加工模式, 将三个直线轴和两个旋转轴同时运动, 并且在加工中能够进行方向的调整, 保证加工连续性和高效性, 五轴联动能很好的解决加工界面的层次问题, 减少加工误差, 将界面打磨光滑、平整。在进行精准加工时经常采用这种模式以提高零件的质量, 保证零件的精准度。
2 五轴加工的关键技术
在五轴加工中不仅要有先进的五轴机床设备, 还要有配套的编程软件及完善的加工工艺。根据加工零件的具体需要, 首先用CAD/CAM软件对刀具的角度和加工方向进行设置, 编译相应的加工程序。然后进行程序调试, 在计算机上进行仿真加工, 检验刀具加工路径是否符合实际加工要求, 及时对程序进行修改, 确保其科学、可靠。最后在机床设备上进行五轴加工。
2.1 五轴机床。
在三轴数控机床中只有三个旋转轴, 加工的零件较为简单, 精度不高。五轴机床不仅增加了两个旋转轴, 且加强了对零件的精度控制。在加工前的软件编译中对算法进行反复推敲, 在加工中能够修正刀具的方向控制加工速度, 加工后能对生产的零件进行质量控制。
2.1.1 主轴速度。
五轴机床的主轴转速在20000r/min~50000r/min, 既可以满足零件的加工需要又能节约电力, 减少设备损耗。对于精密度较高的零件, 机床的主轴应具备更高的转速, 以控制较小刀具对零件的细微加工。
2.1.2 驱动技术。
五轴加工不仅实现了技术改革, 而且能够在加工中及时修改设备相关参数, 改变主轴转速和刀具行进方向, 实施紧急制动, 避免零件报废产生经济损失。在进行复杂曲面加工时需要不断改变主轴的转速和角度, 使界面保持平整, 对转速进行精确控制能延长刀具的使用寿命。目前, 国内外都在研究新型的电机以精简机床设备内部结构, 减少实际加工中能量的损耗, 从而提高设备的稳定性, 使其保持高效率的生产。
2.1.3 控制技术。
在进行实际加工中, 要对运动中的5个轴进行严格控制, 保证其在应有的轨迹上进行运动。加工程序要具备高效的运算速度和控制精度, 及时发现生产中的错误, 改变刀具行进方向, 及时弥补刀具的不足。
2.2 五轴加工工艺。
根据加工情况不同五轴加工采用不同的工艺。按照生产零件精密度划分, 分成粗、精加工;按照刀具规格划分, 以减少换刀次数;按照加工部位划分, 进行先近后远、先简后繁、先平面后孔的加工。无论采用哪种加工工艺, 加工前都要进行模拟实验, 检验所编译的程序是否存在漏洞, 避免实际加工中造成刀具损伤。
2.3 五轴加工关键技术
2.3.1 刀轴控制。
在五轴加工中, 需要对刀轴进行严格控制, 经常改变轴的方向和加工速度, 避免生产中造成刀具的碰撞, 发生事故。
2.3.2 试切加工。
为了提高五轴机床的使用寿命, 程序预先设计的参数比较小, 之后反复调整, 慢慢提高, 逐步接近最大效率值, 以运用到实际加工中。
2.3.3 CAD/CAM软件。
要实现复杂曲面的五轴加工关键需要五轴CAD/CAM软件来实现加工工艺。由于powermill软件具有功能强大操作简便等特点, 在国内市场占有率正在逐年提高。软件中的五轴加工策略很多, 其中“曲面投影精加工”策略的加工范围广、生成的刀具路径质量高效, 特别适用于复杂曲面的加工, 因此受到机械制造工艺师的青睐。
2.3.4 刀路优化。
在编制NC程序时, 要避免刀轴不必要的、过度的摆动, 防止因机床主轴或工作台过于频繁摆动造成机床损坏。在进行刀路优化时着重注意连接刀路的设置, 生成多轴刀路后, 需根据机床性能、零件特征, 调整连接刀路参数, 优化刀具路径。
2.3.5 仿真验证。
由于五轴设备贵重, 加工程序量大, 需要考虑的干涉、碰撞问题较多, 所以实际加工前一定要先进行模拟加工。如今的CAM软件基本只能进行程序验证, 很难仿真实际的工艺工装等实际加工情境, 所以在进行实际的五轴联动加工前, 建议编程人员使用专业的多轴数控仿真软件 (VERICUT) 进行仿真加工, 来验证工艺及程序的安全性、可靠性, 同时增强操作者和机床的安全保障。
结语
本文对五轴加工中的关键技术进行了控制, 以提高实际的生产效率。五轴加工大大的减少了零件的生产周期, 提高了零件的质量和精密度, 而且设备性能上远远优于三轴加工, 是最新型的数控技术。在实际生产中, 要不断研究新型的加工工艺, 加强对于主轴转速、刀具等设备硬件的控制, 还要对系统程序进行反复验证, 以确保生产的高效性。
参考文献
[1]代星.整体叶轮五轴联动数控加工后置处理技术研究[D].华中科技大学, 2012.
五轴数控加工 篇2
一、定义
教学五轴加工中心是一种五轴数控机床，主要用来做教学研究，教学演示，教学数控机床操作和编程等与教学有关的活动。星辉五轴数控机床的系统易懂，操作简便，该设备配有编程模拟软件，使得设备可以对编程进行检查，同时可以模拟实际加工，从而保证了设备安全使用。那么学生在学习过程中可以无忧虑，大胆操作，学校也不用害怕把设备用坏，从而可以达到很好的教学效果！
二、案例
五轴数控加工 篇3
一、引言
近年来，许多医疗设备，航空零部件，汽车零部件和模具都需要具有较高的精度和复杂的空间几何形状，使得五轴加工越来越重要，但是因为五轴机床具有自由度大，精度高且承受不了碰撞的特点，因此五轴机床在执行切削加工前，必须进行切削模拟测试。鉴于此，我们设计了一个五轴机床机构的运动仿真模型，并使用这个机构模型进行数控刀具路径的仿真模拟。首先，由Creo没计该五轴机床的机构模型和工件模型，通过CAM软件设计五轴加工NC代码，然后再通过VERICUT仿真模拟软件整合两者资料并构建刀具资料后，即可开始五轴加工仿真模拟，通过这样的方式将Creo、CAM软件和VERICUT软件三种软件中的五轴机床资料整合在一起，使用户可以看到五轴机床的运动仿真场景的结果，并切削模拟，还能让使用者在NC加工程序之后，可以更容易且更快地获得切削加工仿真的结果。
二、建模仿真用的机床各部件
1.机床结构
该机床型号UCP800，是双摆台五轴联动立式加工中心，本机床配备X、y、Z、A和C轴，是一款A轴绕X轴旋转，C轴绕Z轴旋转的五轴加工中心。各轴行程如下：X轴行程800mm，Y轴650mm，Z轴500mm，A轴-100°-120°，C轴0-360°，各轴相对初始位置关系，由于机床模型的复杂性，我们首先利用Creo三维软件构建三维机床，并且以组件形式逐个输出STL格式模型文件，需要注意输出组件模型时的参考基准坐标系，此参考坐标系相当于导入VERICUT中的坐标系原点，如图1所示。
2.机床结构的逻辑关系
在Cre02.0中将7个机构模型画出，如基座模型、y轴机构模型、X轴机构模型、Z轴机构模型、C轴机构模型、A轴机构模型和刀轴机构模型，导入机构模型必须转换成STL格式。由于五轴机床的结构为整合的基础，因此，有必要先建立五轴机床的结构，以Mikron_Ucp800五轴机床为例，其结构要分成X和Z两部分，如图2所示。
3.虚拟机床部件树的建立
当所有的机构模型与五轴机床结构整合完成后，即可得到如图3所示，每一个子结构中都包含了各自所代表的机构模型。
双摆动机型五轴立式加工中心的结构描述如图3所示，其中X和Z在机床本体上移动，所以在机床本体下面建立两个子结构X和Z，并且把该结构分为X和Z两部分来看。
（l）X部分：当X运动会带动Y一起运动并且X是一个移动滑块，其中夹具和工件都固定在回转工作平台C上，所以在X下面建立Y，并且使夹具和工件都依附于C回转工作平台下。
（2）Z部分：当X轴运动时将会带动A轴一起运动，而A轴运动会带着C轴一起运动，所以X轴下面建立A轴，在A轴下面建立C轴，我们把此模型称为双摆台机型，刀轴是建立在Z轴上，所以在Z轴下建立主轴并在主轴下建立刀具。
当有了五轴机床的结构后，即可开始进行五轴机床结构与其他资料的整合。
4.导入机构模型的STL资料
将机构模型的资料与导入五轴机床的结构中，并在视窗中显示五轴机床的各个机构模型。
本文将机构模型的资料导入五轴机床的结构方式说明如下，并以将基座模型导人为例。
（l）因为本研究是将外部资料与五轴机床的结构做整合，所以使用的方式为将外部资料导入至五轴机床的结构中，如图4所示，运用加入模型档案（Model File）的方式来将机构模型资料导入至结构中。
（2）将基座模型导入至结构后，模型会以模型设计时的坐标系原点为基准导入，如图5所示，坐标系原点与五轴机床结构的机械原点会重合，且当资料导入后，即可在视窗中看见五轴机床的基座模型。
当所有的机构模型与五轴机床结构整合完毕后，即可得到如图6所示，每一个子结构中皆包含了各自所代表的机构模型，并如图7所示，整合完成的机构模型皆会显示在视窗中。
5.机床初始化设置
在机床设定中设定行程（图8）及其他参数，检查机床运动结构是否符合真实运动情况，以此完成机床的构建。
三、调入控制系统、工件、夹具及NC程序
此机床采用TNC530控制系统，调入VERICUT控制系统文件hei530.ctl。
工件模型主要是提供使用者观察整个NC加工模拟完的结果，所以整合资料中包含了工件模型资料，而在VERICUT系统中要取得工件模型的资料有两种方式，第一种方式为由VERICUT系统本身建立工件模型，而另一种方式为由外部系统产生工件模型，然后将工件模型资料与五轴机床的结构整合。
夹具模型由外部系统产生，然后将夹具模型资料与五轴机床的结构整合。
NC程序的功能为驱动五轴机床的切削运动，所以在执行五轴机床的NC加工模拟前也需将此资料整合，当NC程序导入完成后，五轴机床才能按照NC程序中的内容来执行NC加工模拟。
四、刀具库建立
刀具资料是由使用者在VERICUT系统中建立的，使用者也可以先行在VERICUT系统中建立一个刀具资料库档案，当需要使用时，可以直接呼叫刀具资料库档案进来，并且需定义刀具被夹持的位置点。
参考Creo系统中所设定的刀具资料来建立NC加工模拟所需使用的刀具，如图9及图10所示，在刀具资料库中建立刀具、其中刀具参数包括了刀具的型式、刀具的长度、刀刃的直径和刀刃的长度等。
五、设定工作坐标系及相关参数
因为NC程序都参照工作坐标系为基准，所以由图11中的G代码偏置来定义VERICUT系统的工作坐标系，并如图12所示，定义工作坐标系的参照位置为TooL至MCS，系统会根据参照位置自动为机器做刀具补偿的动作。
六、仿真结果
图13为某零件在五轴机床加工模拟完成后的结果，其仿真过程反映了真实的加工过程，通过自带比较功能，及时发现碰撞及干涉情况，有针对性的对刀具的走刀路径进行优化，减少空走刀。
当NC加工模拟测试完成后，Creo及PowerMILL及VERICUT三者的资料整合已完成，接下来可以让使用者直接使用此整合资料执行其他不同类型工件的NC加工模拟。
七、结语
五轴数控加工奇异点问题研究 篇4
五轴数控加工相对于三轴加工多了两个旋转自由度,可使刀轴方向任意,目前已得到越来越广泛的应用,特别是在高精的复杂曲面加工中具有不可替代的优势。近几年来,国内外学者在各方面进行了深入的研究。Takeuchi and Watanabe[1]提出了线性化及进给率的控制准则,并对主轴速度的控制做了研究;Lee and She[2]讨论了不同机床的正解和反解运动学;Bohez[3]等人则对不同机床的运动链设计做了深入探讨。
虽然五轴加工有许多优势,如较高的生产效率和更好的加工质量,但也增加了刀轨规划的复杂性和后置处理的难度,以及更高的投资费用,并且带来了新的问题——非线性误差。非线性误差是由于机床旋转运动的影响,导致各轴线性插补的合成运动使实际刀位运动偏离编程直线[4]。而在机床的反解运动中对于某些特殊位置,旋转轴将产生剧烈的运动(短时间内旋转180°),它将产生过大的非线性误差甚至毁坏零件,这就是常说的奇异点问题。本文将在前人研究的基础上分析奇异点产生的原因,并提出相应的解决方法。
1奇异点分析
1.1 奇异现象
图1为一螺旋面在W74CH机床上加工的仿真结果。W74CH机床是A-C双转台机床,并且两转动轴的中心不重合。从图1中可以看出,当加工到螺旋面的最顶端时,为了得到较大的行宽,刀轴近似与C转动轴平行,导致后置时C角产生突变而产生严重的过切。奇异点附近的刀位点数据见表1,相应的后置G代码见表2,后置处理前后各轴的变化曲线见图2。
从图2可知刀心点各坐标值变化均匀连续,而机床C轴、X轴和Y轴却在奇异点附近发生突变,导致刀心点轨迹严重偏离理论编程直线而产生过切。
1.2 产生原因分析
简化计算模型如图3所示。假定OA1=[i1,j1,k1]、OA2=[i2,j2,k2]均为空间单位矢量。为便于分析,令k1>0、k2>0(小于零时有类似的分析)。由图3可知,OA1与OA2的空间夹角为Φ,矢量OA2可由OA1绕Z轴旋转角度θ后得到,因此根据几何关系有:
undefined。 (1)
undefined
=Rot
undefined
undefined
undefined
。 (2)
由式(2)可解得i2、j2、k2,代入式(1)并考虑其为单位矢量可得:
cosΦ=iundefinedcosθ+jundefinedcosθ+kundefined=(1-kundefined)cosθ+kundefined。 (3)
k1=1时,i1=j1=0,θ可为任意角,由式 (3) 得:
undefined。 (4)
令f(k1)=(cosΦ-kundefined)/(1-kundefined),对k1求偏导可得:
undefined。 (5)
k1>0,cosΦ<1,因此式(5)恒小于零,f(k1)关于k1单调递减。由cosθ在θ∈(0,π)单调递减可知,θ关于k1单调递增。将式(3)对k1求偏导易知Φ关于k1单调递减,因此当k1无限逼近于1时,矢量OA1、OA2近似与Z轴平行,此时OA1、OA2的空间角Φ很小,但OA1却要绕Z轴旋转较大的角度θ才能到达OA2。
为了更形象地说明该问题,下面以一简单例子来证明以上推导。令Φ为定值,将k1连续变化可得到θ的变化规律,如图4所示。从图4中不难看出θ随k1的增大而增大,而k1接近1时θ将突然增大,并且越逼近1其变化越剧烈。
2解决方法
根据处理的时间不同,目前已有的处理方法大致可分为两类:刀轨处理和G代码处理。所谓刀轨处理是指在规划刀轨时,考虑奇异点问题使生成的刀轨避免奇异现象[5];G代码处理则是通过优化G代码使机床各轴变化趋于平缓[6,7,8]。另外Anotaipaiboon[9]提出一种优化机床配制形式的方法来避免奇异现象,王瑞秋[10]则提出将工件倾斜的安装方法。本文在前人研究的基础上,提出通过监测刀轴矢量来规划刀轨,从而避免发生奇异现象。
由前面的分析可知,奇异点发生在刀轴与转动轴近似平行处,因此在计算刀轨时可以通过判断刀轴矢量与各转动轴的夹角来确定是否会发生奇异现象。因为在实际刀轨规划时相邻刀轴矢量的夹角即Φ通常较小,一般不会超过5°。由图4知,若Φ<5°,则k1≥0.995时可能发生奇异,此时刀轴与转轴的夹角大约为5°。因此假定发生奇异的角度为ε1=5°,刀轴矢量与旋转轴的夹角为θ,则若θ<ε1则可判定该刀位可能发生奇异。此时,可以通过机床反解运动得到上一刀位点转动坐标Φ1和当前刀位点转动坐标Φ2,若|Φ1-Φ2|>ε2(ε2为机床精度),则令Φ2=Φ1,再反解得到刀轴矢量,由于奇异区域范围小,这样就可以在稍微减小行宽的情况下保证机床运动缓慢变化。该算法的计算流程如图5所示,使用该算法后得到的仿真结果如图6所示。
3结束语
五轴加工过程中的奇异现象将产生过大的非线性误差,严重影响零件的加工质量,甚至使零件报废。本文提出了一种算法,即在刀轨规划时监测刀轴矢量与旋转轴的夹角,若该值小于给定值则认为其处于奇异区域,则以上一刀位点来优化当前刀位,从而使机床各轴能平缓通过奇异区域。仿真结果证明了该方法的有效性。
参考文献
[1]Takeuchi Y,Watanabe T.Generation of 5-axis controlcollision-free tool path and postprocessing for NC data[J].Annals of the CIRP,1992,41(1):539-542.
[2]Lee R-S,She C-H.Developing apostprocessor for threetypes of five-axis machine tools[J].International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,1997(13):658-665.
[3]Bohez E L J.Five-axis milling machine tool kinematicchain design and analysis[J].International Journal ofMachine Tools and Manufacture,2002(42):505-520.
[4]周济,周艳红.数控加工技术[M].北京:国防工业出版社,2002.
[5]Affouard A,Duc E,Lartigue C,et al.Avoiding 5-axissingularities using tool path deformation[J].InternationalJournal of Machine Tools and Manufacture,2004,44(4):415-425.
[6]王丹,陈志同,陈五一.五轴加工中非线性误差的检测和处理方法[J].北京航空航天大学学报,2008,34(9):1003-1006.
[7]Munlin M,Makhanov S S,Bohez E L J.Optimization ofrotations of a five-axis milling machine near stationary points[J].Computer-Aided Design,2003,36(7):1117-1128.
[8]Knut Srby.Inverse kinematics of five-axis machinesnear singular configurations[J].International Journal ofMachine Tools and Manufacture,2007,47(2):299-306.
[9]Anotaipaiboon W,Makhanov S S,Bohez E L J.Optimalsetup for five-axis machining[J].International Journal ofMachine Tools and Manufacture,2006,46(9):964-977.
五轴联动数控机床发展与应用 篇5
五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。
发展现状国外五轴联动数控机床是为适应多面体和曲面零件加工而出现的。随着机床复合化技术的新发展，在数控车床的基础上,又很快生产出了能进行铣削加工的车铣中心。五轴联动数控机床的加工效率相当于两台三轴机床，有时甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资,大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。市场的需求推动了我国五轴联动数控机床的发展，CIMT99 展览会上国产五轴联动数控机床第一次登上机床市场的舞台。自江苏多棱数控机床股份有限公司展出第一台五轴联动龙门加工中心以来，北京机电研究院、北京第一机床厂、桂林机床股份有限公司、济南二机床集团有限公司等企业也相继开发出五轴联动数控机床。
当前，国产五轴联动数控机床在品种上已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应不同大小尺寸的杂零件加工，加上五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等的开发，基本涵盖了国内市场的需求。精度上，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ25HMC40 卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160 卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品已获得国内市场的认同。
2013年7月31日上午由大连科德制造的高精度五轴立式机床，启运出口德国。工信部装备司副司长王卫明表示：“这一高档数控机床销往西方发达国家，是中国机床制造行业的重要里程碑。”
研究背景及应用
最近10多年来，数控技术快速发展，特别是数控系统大容量存贮技术的解决，开放体系结构控制器（OAC）的应用，快速处理器和运动控制，日益完善的人机接口软件（Human Machine Interface,HMI）以及工厂自动化设备支持通过网络的互联性，使5轴数控机床潜在生产能力能够被充分发挥；高速加工ＨＳＭ技术，高速电主轴或复合主轴头技术的发展，有力推动了机床设计／制造技术的发展与创新，使5轴数控机床制造技术难度大大降低，造价也大幅度减少，许多中小型5轴联动立／卧式加工中心（VMC,HMC）一般制造企业已能接受；计算机软硬件技术快速发展和费用持续降低，使5轴联动和3轴联动控制系统价格已相差无几了；5轴联动CAM编程软件价格（包括5轴程序检验软件）也已大幅度下降，使得许多制造企业可接受使用它，尽管其价格还是偏高；软件技术的进步，特别是仿真技术和虚拟NC加工等可视化技术的应用，用户掌握和应用5轴加工编程软件较以前也容易得多了。加上用户对5轴数控机床的需求日益迫切，因此，包括从适应轻载切削、中载切削到重载切削的各种（高速）5轴数控机床在宇航、汽车、装备、运输、模具以及医疗器械等制造行业中得到了越来越广泛
应用。
①加工复杂空间曲面的产品零件
②大型复杂结构件的高效率加工
③复杂多面体带孔系结构件的高生产率加工
④取代EMD加工
⑤取代快速原型制造（RP）
⑥个性化产品零件加工
⑦组成柔性生产系统用于中/小批量产品的加工
展望
代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。五轴联动数控车床在工业生产中占有非常重要的作用，而且现在出现了新的特征，五轴联动数控技术正在向高速、高效率、高可靠性、高精度、复合化、智能化、网络化、柔性化、绿色化等方向发展，我国由于工业底子薄，装备制造业水平比较低，生产出来的五轴联动数控车床质量跟欧美和日本产品还存在一定的差距，落后就要挨打，面
对历史因素和现实的紧迫性，我国要想在接下了发展空间中占有一席之地，就需要做到以下几点：
1、加大研发资金投入力度，加大加强基础理论研究，为设备研究做好理论准备。
2、研究外国先进设备技术，深研其中的核心知识。在仿照的基础上进行创新。
3、研究国内外五轴联动技术的发展方向，做到先人一步开展研发。
4、了解国内外各个用户群体的需要，开发出适合不同用户需要的设备。
5、创新是保持领先的内在要求，没有创新就没有进步。国家应该鼓励企业进行五轴联动技术的研发。
6、在保护好自己核心技术的前提下与其他先进企业进行技术交流。
7、大力发展高端五轴联动车床，实施精品工程。
参考文献
德国兹默曼公司开发出FZ25龙门铣床[J]．制造技术与机床
五轴数控加工 篇6
【关键词】数控加工；MasterCAM；CAD/CAM；自动编程
1.自动数控编程的准备工作
准备工作主要包括工件坐标系、对刀点与换刀点的确定，工件坐标系零点就是编程零点。在加工编程中，为了使工艺基准与设计基准保持一致。叶轮加工的难点主要体现在以下三点：（1）整个叶轮包括了6个叶片，叶片相邻的空间狭小，加工时刀具容易和被加工的叶片以及相邻的的叶片发生干涉；（2）叶片为薄壁结构，且为非可展扭曲直纹面，形状相对比较复杂；（3）抛物面和ф96的圆柱上表面的连接不是简单的圆弧连接，有一“下凹”部分，与X方向有6°夹角，也需要利用五轴联动加工来完成。由于零件的加工要涉及到五轴加工，因此需要借助CAD/CAM软件来生成数控程序，本文采用Mastercam X7软件来完成。在叶轮的加工设备上选用单位自有的配有Heidenhain_TNC530数控系统的五轴加工中心，该机床能实现X、Y、Z、A、C五轴联动，具体的工作行程参数为：X轴730mm纵向、Y轴560mm横向；Z轴560mm垂向，A轴（工作台摆动）-110°～120°，C轴（工作台旋转）360°。从这些参数可以看出该机床能胜任整体叶轮加工的任务。
2.MasterCAM的数控加工功能与应用
2.1零件的几何建模
建立零件的几何模型是实现数控加工的基础，MasterCAM四大模块中的任何一个模块都具有进行二维或三维的设计功能，具有较强（CAD）绘图功能。可以运用Design模块建模，也可以根据加工要求使用Mill模块、Lathe模块和Wire模块直接建模，在进行零件的建模时，无需画出整个零件的模型来，只需要画出其加工部分的轮廓线即可，加工尺寸、形位公差及配合公差可以不标出，这样既节省建模时间，又能满足数控加工的需要；建模时，应根据零件的实际尺寸来绘制，以保证计算生成的刀具路径坐标的正确性；并可将不同的加工工序分别绘制于不同的图层内，利用MasterCAM中图层的功能，在确定刀具路径时，加以调用或隐藏，以选择加工需要的轮廓线。
2.2零件的模拟数控加工
设置好刀具加工路径后，利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求。同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。这样可以在实际生产中省去试切的过程，可降低材料消耗，提高生产效率。
2.3生成数控指令代码及程序传输
通过计算机模拟数控加工，确认符合实际加工要求时，就可以利用MasterCAM的后置处理程序来生成NCI文件或NC数控代码，MasterCAM系统本身提供了百余种后置处理PST程序。对于不同的数控设备，其数控系统可能不尽相同，选用的后置处理程序也就有所不同。对于具体的数控设备，应选用对应的后置处理程序，后置处理生成的NC数控代码经适当修改后如能符合所用数控设备的要求，就可以输出到数控设备，进行数控加工使用。
3.加工过程
根据零件的尺寸要求，选用直径为100mm高度为76mm的棒料作为毛坯，分以下几道工序进行加工。
工序一：运用三爪夹持棒料下端面，采用ф12的硬质合金立铣刀去除棒料上端的主要余量。在这一工序的加工中采用Mastercam X7的“高速曲面加工”方式，這种方式用立铣刀按等高面一层一层地铣削，层与层之间的高度为2mm，加工效率较高。在这一工序中主轴转速S可以设为6000r/min，进给速度F3000mm/min，加工后得到 “梯田台阶”形状。
工序二：将上一工序得到的部分“梯田台阶”铣掉，使曲面接近理论曲面。在这一工序的加工中依然采用ф12的立铣刀，但主要利用立铣刀的侧刃进行加工，并且较上一道工序主轴转速保持不变，将进给速度改为1000mm/min，利用Mastercam X7的“沿边五轴加工”方式进行加工，最后得到 “圆台”形状。
工序三：加工抛物面和φ96的圆柱上表面的连接面，该连接面不是简单的圆弧过渡，有一“下凹”部分，与X方向有6°夹角，需要利用五轴联动加工才能达到尺寸要求。加工时A轴角度基本保持在84°，并根据加工需要进行微小调整，配合X、Y、Z和C轴进行联动加工。加工时需要采用ф8R4的硬质合金球头刀，并利用Mastercam X7的“两曲线的渐变”方式进行加工。该加工方式选项位于“刀路”/“多轴刀路”的级联菜单中，具体的加工的相关参数设置在“多轴刀路——两曲线之间渐变”对话框中设置。下面就关键的几步进行说明：（1）“切削方式”设置中有“编辑曲线”栏要选择两组曲线，第一组要选择抛物面，第二组选择ф96的圆柱上表面。（2）“刀具轴向控制”中的“输出格式”要选择五轴，“前倾角方向”设为10°，“侧倾角切削方向”设为90°。除以上几步需要进行特别设置，其他可以选用默认值。
工序四：进行叶片粗加工，这一工序需要五轴联动来进行加工，加工中依然采用ф8R4的球头刀，运用Mastercam X7的“多轴刀路”中的“叶片专家”进行加工，具体的加工的相关参数在“多轴刀路——叶片专家”对话框中设置。几个关键参数设置如下：“切削方式”模块的“加工方式”选为粗加工，“排序方式”选择“双向，由前边缘开始”以提高加工的效率；在“定义组件”模块中“叶片”选择两相邻的叶片，“轮毂”选择刚选中的两相邻叶片的中间区域，并且设置“分段数量”为6。其他参数可以选择默认，就可出程序完成粗加工。
工序五：叶片顶部区域的抛物线曲面精加工，这里只需要普通的三轴联动就可实现。采用Mastercam X7的“刀路”—“曲面精加工”—“流线加工”来生成程序完成加工，这里采用的刀具选用ф8R4的球头刀，主轴转速为6000r/min进给速度取为3000mm/min。
工序六：进行叶片精加工，在Mastercam X7的“多轴刀路”中选择“曲面实体”并点选“Swarf milling”，在相应的对话框中设置加工参数。关键参数设置如下：“切削方式”模块的“切削曲面”选择叶片侧面，“底部曲面”选择两相邻叶片之间的轮毂；“曲面公差”中设定切削公差为0.1，最大距离为0.2。其他参数可以选择默认，就可出程序完成本道工序的加工。
工序七：进行轮毂的精加工，本道工序的加工出程序的方法与工序四采用的方法基本一直，只需要在“切削方式”模块的“加工方式”将工序四中的粗加工改成“精修轮毂”即可。通过以上步骤最终完成叶轮零件的加工。通过三坐标测量仪测量该零件叶片的弧度，均满足规定的要求。 [科]
【参考文献】
五轴联动加工中心加工弧面凸轮 篇7
随着机械制造业的发展及自动化程度的提高, 弧面凸轮分度机构作为自动机械中实现高速、高精度间歇分度运动的新型传动装置, 需求量日益增大。弧面凸轮作为这种分度机构的核心零件, 由于其工作廓面具有空间不可展性, 且形状复杂, 使得设计与加工制造相对比较困难, 在一定程度上限制了它的发展。所以, 提高弧面凸轮的设计水平与加工品质是十分重要的, 而计算机技术的应用以及先进加工方法的出现为开展这项研究提供了条件。
目前弧面凸轮的加工多采用等价加工的方法, 等价加工理论上可以准确加工出弧面凸轮的复杂廓面, 但因不可避免的刀具磨损而出现误差, 只能进入修形、研磨工序, 凸轮廓面的不可展性给修形造成了极大的难度, 并造成了凸轮的不可互换性。圆柱滚子从动件对误差十分敏感, 误差使机构的啮合在边缘接触、点接触与线接触之间交替进行, 机构的动态性能很差, 寿命难以保证, 同时也满足不了机构高速、高精度的要求。在实际加工中经常遇到等价加工无法解决的情况:1) 刀库中刀具有限, 不一定有等价刀具可选;2) 加工时不可避免的磨损, 造成刀具半径发生变化;3) 对于从动件滚子半径较大的空间凸轮, 制造等价刀具不现实。由于弧面凸轮分度机构属于非标准机械产品, 一般是单件小批量生产, 制造等价刀具就意味着延长生产周期, 提高生产成本。这与现代制造快速响应市场需要、低成本制造的特点是不相适应的。
基于以上对弧面凸轮国内外研究现状的分析, 以弧面凸轮为对象, 对弧面凸轮分度机构的几何结构设计和动力学进行了研究, 根据空间啮合理论, 建立了弧面凸轮的廓面模型。以Unigraphics NX 4.0为平台, 建立了弧面凸轮啮合单体的三维CAD模型, 同时进行了装配和运动仿真, 提出了一种利用五轴联动加工中心加工弧面凸轮的方法, 并进行了凸轮的加工试验。
1 弧面凸轮CAD模型的建立
1.1 基本设计参数
文中作为实例所用的弧面凸轮根据企业的要求进行设计, 其主要运动参数如表1所示:
弧面凸轮的曲线型式为A型, 滚子直径为14mm, 中心距C=80mm, 凸轮分度圆半径为40mm, 分度盘分度圆半径为40mm, 滚子宽度b=13.7mm, 滚子与凸轮根部间隙e=6mm , 凸轮弧顶圆半径为40mm, 许用压力角[α]=50°, 分度机构具体几何尺寸如图1所示。
凸轮压力角的验算:
根据公式undefined可得:
undefined
凸轮的压力角小于许用压力角, 所以凸轮结构尺寸符合条件。
1.2 理论廓面的建模
自由曲面造型是现代产品设计的重要实现手段, 同时, 曲面造型也是三维造型中的难点。UG NX4.0软件提供了十分强大的曲面造型功能, 常用的曲面命令主要有直纹、通过曲线组、通过曲线网格以及扫略。
由于理论廓面属于直纹面, 将直纹面参数化, 可以较为方便和深入地讨论其几何属性由直线运动所产生的曲面。并且在数控加工中, 直纹面可用于控制加工刀具轴的方向, 在误差允许的范围内, 侧铣可以大大提高加工效率。所以在本文中采用直纹方式建立弧面凸轮的理论廓面模型。
表达式是一个功能强大的工具, 可以使UG实现参数化设计。运用表达式, 可十分简便地对模型进行编辑;同时, 通过更改控制某一特定参数的表达式, 可以改变一实体模型的特征尺寸或对其重新定位。表达式可分为3种类型:数学表达式、条件表达式、几何表达式。
在创建表达式时必须注意以下几点:
1) 表达式左侧必须是一个简单变量, 等式右侧是一个数学语句或一条件语句。
2) 所有表达式均有一个值 (实数或整数) , 该值被赋给表达式的左侧变量。
3) 表达式等式的右侧可认是含有变量、数字、运算符和符号的组合或常数。
4) 用于表达式等式右侧中的每一个变量, 必须作为一个表达式名字出现在某处。
根据滚子基准曲面的解析表达式, 设定表达式的变量, 并进行边界约束, 其分度段的约束表达式如下:
Pi=pi ()
t=1
x4t=38* (cos (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) ) * (cos (9*t) ) -80* (cos (9*t) )
x5t=38* (cos (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) ) * (cos (54*t+9) ) -80* (cos (54*t+9) )
x6t=38* (cos (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) ) * (cos (9*t+63) ) -80* (cos (9*t+63) )
x44t=60* (cos (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) ) * (cos (9*t) ) -80* (cos (9*t) )
x55t=60* (cos (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) ) * (cos (54*t+9) ) -80* (cos (54*t+9) )
x66t=60* (cos (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) ) * (cos (9*t+63) ) -80* (cos (9*t+63) )
y4t=-38* (cos (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) ) * (sin (9*t) ) +80* (sin (9*t) )
y5t=-38* (cos (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) ) * (sin (54*t+9) ) +80* (sin (54*t+9) )
y6t=-38* (cos (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) ) * (sin (9*t+63) ) +80* (sin (9*t+63) )
y44t=-60* (cos (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) ) * (sin (9*t) ) +80* (sin (9*t) )
y55t=-60* (cos (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) ) * (sin (54*t+9) ) +80* (sin (54*t+9) )
y66t=-60* (cos (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) ) * (sin (9*t+63) ) +80* (sin (9*t+63) )
z4t=-38* (sin (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) )
z5t=-38* (sin (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) )
z6t=-38* (sin (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* (7+t) /2) ) ) ) )
z44t=-60* (sin (-15+30/7.14159265359* (3.14159265359*0.125*t-0.25* (sin (0.5*180*t) ) ) ) )
z55t=-60* (sin (-15+30/7.14159265359* (2+3.14159265359* (6*t+1) *0.125-2.25* (sin (180* (1+2*t) /2) ) ) ) )
z66t=-60* (sin (-15+30/7.14159265359* (4+3.14159265359*0.125* (t+7) -0.25* (sin (180* t) /2) ) ) ) )
同理可得理论廓面各段的约束表达式, 利用UG NX的规律曲线命令绘制滚子两端点在空间的运动轨迹曲线, 如图2所示为等直径刀具刀尖轨迹, 也就是分度盘滚子加上安全间隙后中心点的轨迹, 同样可以得到滚子中心线上另外一点的轨迹。最后以滚子中心线为母线, 以轨迹线为引导线建立理论廓面的直纹面。
1.3 弧面凸轮实体建模
根据前述的弧面凸轮实体建模的设计思路, 在进行弧面凸轮实体模型的建立前, 应首先根据凸轮的结构尺寸 (图1) 建立凸轮毛坯, 在UG环境下建立如图3所示的毛坯。
在理论廓面上建立等距偏置面, 可以采用偏置面命令, 也可用片体加厚命令增厚片体, 从而直接建立实体, 不管是哪一种建模方式, 偏置面和增厚片体与原基础曲面相关联, 当原始曲面编辑修改后, 实体模型自动更新。
最后, 用获得的廓面实体与毛坯实体作布尔运算, 便可以得到精确的弧面凸轮实体模型 (图4) 。
2 弧面凸轮的装配与运动仿真
2.1 装配与运动仿真
利用UG提供的自底向上的装配建模方法建立装配模型。在进行弧面凸轮分度机构啮合单体的装配前, 需要对分度盘进行建模 (图5) 。打开分度盘的几何模型, 进入装配环境, 添加一个新组件弧面凸轮, 建立二者之间的一种链接关系, 利用配对组件命令将两个组件之间的位置关系进行约束, 在进行约束关系后的组件之间存在关联关系, 当一个组件移动时, 有约束关系的组件随之移动, 部件之间始终保持相对位置, 而且约束的尺寸值还可以灵活修改, 真正实现装配级的参数化。装配图如图5所示。
2.2 运动分析方案的创建
1) 创建连杆:UG可在运动机构中创建代表运动件的连杆。
2) 创建运动副:UG可创建约束连杆运动的运动副。在某些情况下, 可同时创建其他的运动约束特征, 如弹簧、阻尼、弹性衬套和接触。
3) 定义运动驱动:运动驱动驱动机构的运动。每个运动副可包含下列5种可能的运动驱动中的一种:无运动驱动、运动函数、恒定驱动、简谐运动驱动和关节运动驱动。
按照上述步骤创建弧面凸轮分度机构的运动分析, 其运动仿真如图6所示。
图6表明弧面凸轮分度机构可以正常运行, 说明凸轮与滚子之间不存在干涉, 从另一方面也说明了模型的精度是可靠的, 建模的方法是正确的。
运动导航器用于创建和管理分析方案的部件文件。
在本例中导航器窗口只显示一个节点, 该节点代表进入运动分析模块前的装配主模型, 当有多个运动分析方案时, 导航器窗口会显示多个节点。图7为本例的运动导航器。
3 弧面凸轮的加工工艺及过程
3.1 加工设备
本文采用的加工设备即为德国DMG公司生产的高速五轴联动加工中心 (DMU 70 eVolution) , 该设备的突出优点是可以实现一次装夹, 5面加工、5轴定位、5轴联动加工, 不仅减少了夹具成本, 而且提高了加工精度。另外, 该设备还可以进行高速切削加工。
3.2 毛坯准备及装夹方案
弧面凸轮的毛坯为凹鼓形, 在加工凸轮廓面之前加工弧顶面, 减小廓面加工量, 有利于提高精度;加工时的定位面为凸轮的轴孔和端面, 必须预先精加工。毛坯的外轮廓半径即为凸轮的顶圆弧半径, 凸轮毛坯的宽度等于凸轮的宽度, 凸轮的轴孔直径根据凸轮尺寸选取, 毛坯的具体尺寸可由图1得出, 图3所示为弧面凸轮毛坯。
图8所示为在五轴联动加工中心上加工凸轮的装夹示意图。加工时, 将工作台置为垂直方向, 凸轮用芯轴固定在工作台上, 芯轴与工作台回转中心同轴。
3.3 加工方案
1) 弧面凸轮参数:
右旋凸轮, 分度角72°, A型凸轮, 滚子直径r=14mm, 中心距C=80mm, 凸轮分度圆半径40mm, 分度盘分度圆半径40mm, 分度盘运动规律为修正正弦加速度规律:
undefined
2) 加工参数:
粗加工时去除大部分余量, 选用直径为12mm的四齿端铣刀, 切削速度v=150m/min, 主轴转速n=3980r/min, 每齿进给量f=0.04mm, 进给量vf=318mm/min, 刀具总是以5°倾角, 以螺旋或倾斜方式进入工件材料, 径向进给量为7%刀具直径, 深度进给量为4%刀具直径。半精加工、精加工时必须采用球头铣刀, 否则在加工中会产生干涉, 切除已加工表面, 选用r=5.949mm的四齿球头铣刀, 切削速度v=200m/min, 主轴转速n=5307r/min, 每齿进给量f=0.02mm, 进给量vf=424mm/min。
3) 刀具控制方法:
凸轮毛坯以φ做匀速回转运动;
刀具中心联动坐标为:
加工槽的上表面时,
undefined
加工槽的下表面时,
undefined
式中:f (t) 为曲线方程。
4) 加工过程:
本试验凸轮材料选用40Cr, 采用高速加工工艺, 整个过程为:车顶圆—粗铣槽—半精铣槽—精铣槽—渗氮—抛光—检验。
将事先编制好的数控程序导入数控系统, 即可对弧面凸轮进行加工, 精铣后的工件进行渗氮处理、抛光加工, 即可检验、装配。现场加工如图9所示。
图10所示为在五轴联动加工中心上加工出的弧面凸轮。由于采用球头刀加工, 在槽的底部会形成一个刀具半径的圆弧底, 该缺陷不会影响凸轮的正常使用。弧面凸轮作为分度机构最为关键的部件, 其工作廓面加工品质的好坏直接影响着分度机构的分度精度、运转的平稳性、结构的紧凑性、噪声的高低及使用寿命, 所以弧面凸轮廓面品质的检测是对其加工品质进行评定的一个重要环节, 但是由于弧面凸轮的工作廓面具有不可展性, 无法采用常规仪器进行检测, 缺少有效的检测方法和误差计算方法, 目前还是一个薄弱环节。一般的做法是将弧面凸轮分度机构装配起来, 通过跑合检验分度箱是否能达到相应的要求, 并进行相应的调整。
图11所示为将加工后的弧面凸轮与其他部件装配起来的弧面凸轮分度箱, 实践证明, 利用五轴联动加工中心, 改进走刀方式, 采用高速铣削, 精加工凸轮廓面, 加工后的弧面凸轮经过检验装配, 分度箱能够达到相应的技术要求。该工艺的主要特点是加工的适应性强, 适用范围广, 可以加工各种尺寸参数的凸轮, 并且能够进一步提高加工精度和零件的互换性。
摘要：利弧面凸轮分度机构作为自动机械中实现高速、高精度间歇分度运动的新型传动装置, 被公认为目前最理想的分度机构, 需求量日益增大。但是由于弧面凸轮廓面形状复杂, 且为空间不可展曲面, 使得其设计与加工比较困难。借助Un igraph ics NX 4.0软件实现了弧面凸轮的参数化设计, 简化了设计过程, 并提出了一种利用五轴联动加工中心加工弧面凸轮的方法。结合实验室的五轴联动加工中心, 对弧面凸轮进行加工试验, 验证了加工方法的正确性。
五轴数控加工 篇8
传统加工技术对于复杂加工材料以及高要求材料的加工存在困难, 为了解决这一问题, 根据电解与机械相复合的加工原理, 研究了五轴联动数控电加工技术在各个方面的应用, 其优势在应用过程中得到了最大化发挥, 使其成为了现代化电加工技术的关键技术。近几年来, , 伴随着计算机辅助制造 (CAM) 以及计算机辅助设计 (CAD) 在各个领域取得的突破性发展, 许多数控电加工企业纷纷推出五轴联动数控电加工技术系统, 冲破了国外的技术封锁, 在很大程度上促进了国家技术的进步与发展。但是这一技术存在着很大的难度, 需要对其进行不断的研究, 学习国外对这一技术应用的丰富经验, 使其能够最大化地在企业生产上发挥作用, 为机械制造业贡献力量。
1 五轴联动数控电加工技术的应用
1.1 电火花低速走丝线切割
在国内的航空航天、模具以及军事工业等领域, 需要加工三维复杂直纹面精密零件, 而且对其切割加工具有高精密、高效率及微细的特殊要求, 这是传统数控电加工技术的难题。由国外引进的FA20PS Ad--vance四轴联动精密数控低速走链线切割加工机床, 并且伺服控制回转工作台B轴 (定位精度±5) , 两者相互结合进行五轴联动数控电火花低速走丝线切割加工机床, 实现对三维复杂直纹面精密零件的精密切割加工工艺。这一设备的各个技术指标都是非常具有优势的, 其主要利用五轴五联动数控电火花低速走丝线切割加工机床, 来进行对螺旋桨注塑模型腔精密加工, 在一定程度上, 满足了生产的技术指标, 产品也得到了一致认可, 使得模具加工水平一直处于国内领先地位。
1.2 数控电火花成形加工
针对复杂零部件的成形加工过程, 五轴联动数控电火花成形加工机床在加工航空航天等领域的精密复杂零部件有着很大的优势, 例如航空航天方面的涡轮机匣、带冠整体涡轮盘等零部件的精密成形加工。。对于特殊材料的加工, 包括铝合金、耐热合金、低膨胀台金及钛合金等, , 都有着很好的加工效果。其中, 五轴联动数控电火花成形加工机床的主要性能技术指标有:尺寸精度在0.002mm左右;最大电极重量为50kg;;最佳表面粗糙度Ra=0.2μm;最大工件尺寸为1100×700×250mm;X、Y、Z工作行程为550×350×450mm。五轴联动数控电火花加工系统是采用上下位机的体系结构, 如图1。
1.3 电解-机械复合加工
利用五轴联动数控电解-机械复合加工技术, 可有效解决复杂零件的加工成型要求。在这一过程中, 切割、磨削、镗铣削、抛光以及复合钻削等方面, 都能实现精密加工的良好效果。五轴联动数控电解-机械复合加工技术的主要特点体现在, 首先, 它可以有效加工高难度加工材料;其次, 可以通过简单形状的复合电极处理加工零件的复杂面;再次, 相比于传统的机械磨削而言, 加工过程更高效率、更高精度;最后, 在加工过程中, 可以有效保证材料的低损耗。传统的机械加工理念发生了很大的改变, 有效消除了传统的变形情况, 降低了生产能耗, 节约了材料资源。具体应用在有水电站的水轮机转轮叶片, 就是采用五轴联动CNC技术, 是当今发电设备制造业的核心技术之一。如图2、3为三峡水轮机转轮叶片, 是目前世界上最大的混流式叶片。
1.4 刀具半径及长度补偿
刀具补偿数控系统重要的功能之一, 包括有刀具半径补偿与长度补偿, 就目前技术来说, 五轴联动数控电加工技术系统基本都具有刀具补偿功能。不过这在国外才能实现, 因为这个系统可以将三维空间向量快捷地转换为实际机械轴角度的计算系统, 能够在坐标转换间实现五轴刀具长度补偿。
2 五轴联动数控电加工技术的有关问题
2.1 成本高, 难以平民化应用
由于其处理效果的高精确度以及高效率性, 对于五轴联动数控电加工技术的相关设备要求也比较高, 价格也比较昂贵, 这对于许多小企业来说是比较难承担的。而且, 很多关键零部件在国内还不能制造, 一方面是由于精度达不到要求, 另一方面也是由于稳定性不好, 因此需要依靠国外进口, 这在一定程度上使得生产受到很大的限制, 也提高了生产成本。
2.2 技术难度高, 操作技术要求高
五轴联动数控电加工系统具有质量好、加工精度高的特点, 在技术操作方面有着很高的要求, 特别是在加工军事工业方面以及航空航天方面的材料时, 更是需要高技术操作人员进行作业, 从而保证材料加工能够精确达到要求。目前在国内, 对于这一技术的操作人才的培训也是比较少的, 在学习技术的同时, 还需要认真学习国外的成功经验, 学习国外的先进理念, 才能保证五轴联动数控电加工技术的顺利进行。
2.3 部分国外先进技术无法实现
在五轴联动数控电加工技术中, 有很多技术方面是国内技术水平所不能达到的, 比如国外已经在设备中自带了刀具半径补偿, 但在国内的技术上, 只能是依靠技术上的结合才能实现完整的刀具半径补偿, 这在很大程度上说明了国内水平还离国外水平有很大的距离。国外对于这一技术的应用已经达到大范围的幅度, 而在国内, 这一技术虽然在很多领域都得到广泛应用, 但很多关键技术还处于研究阶段, 对于真正的应用还有很大的距离, 某些企业虽然已经在试验阶段, 但对于这一技术的娴熟操作还是欠缺人才, 这无疑启示我们在未来还需要更加努力。
3 结束语
总而言之, 五轴联动数控电加工技术在各个领域都得到了广泛应用, 比如航空航天、精密零件加工等等。这一新技术的出现, 使得加工技术得到了高度发展, 相对于传统加工技术而言, 其精密度更高, 效率也更高。但是也存在着成本高、应用范围有限等问题, 国外对于这一技术的发展有着丰富的经验, 这也是我们学习的方向之一。因此, 要对其进行不断完善, 使其能够在未来的发展过程中处于领先水平。
参考文献
[1]干为民.五轴联动数控电加工技术研究[J].电加工与模具, 2010 (21) .
[2]林秀峰.五轴联动数控电加工技术相关问题探讨[J].科技创新导报, 2014, 11 (21) .
五轴数控加工 篇9
多轴数控机床指在一台机床上除了具有x、y、z直线移动轴外,还具备至少1个以上的旋转轴,并可以联动控制的数控机床。多轴联动数控机床进行加工的优点是:可以实现一次装夹,多工位加工;能使用简单夹具,避免复杂或过渡工装的设计与制造,显著地减少制造的辅助时间;刀具或刀具姿态角可调,避免刀具干涉、欠切或过切,简化刀具形状;实现空间斜孔、复杂型面的简化编程加工;提高加工精度和制造效率,极大地提高经济效益。
最近几年,科学技术的发展突飞猛进,多轴加工技术发展趋于成熟,多轴加工机床也开始渗透到我国的民用工业中,随着人们对产品快速更新换代的要求越来越高,多轴加工机床在制造领域正在体现出越来越明显的优势。
本文利用五轴的数控编程技术,探讨多轴刀路策略及其数控加工工艺,并使用国内优秀CAD/CAM软件CAXA制造工程师,对图1所示的典型五轴零件完成数控加工工艺分析和编程加工。
2 五轴零件的总体工艺分析及工装设计
从图1的零件结构特征分析,关键结构有两个:一是由斜平面组成的顶部五角星,二是6个叶片及其叶片底部曲面组成的叶轮结构。面对这一组合结构,采用传统的3 轴数控加工策略,即使用清根刀路也无法清晰地加工出五角星的斜平面交接边,而采用专用夹具亦需多次装夹和定位,效率低下,且加工质量不佳;而对叶轮结构的加工则完全无能为力。综合以上分析,引入多轴加工思想,刀路设计思路如下:首先以三轴加工策略完成粗加工和规则特征的加工,其次以五轴定向加工策略结合三轴加工策略完成五角星的加工,最后以五轴叶轮加工策略完成叶片及叶片底面的加工。
五轴零件材料为铝,毛坯采用实心圆盘(直径150mm、厚62mm),刀具采用高速钢。数控编程工艺编排按粗加工、半精加工、精加工的顺序进行。粗加工用大刀具快速地加工出工件大致形状,半精加工用较小刀具去除粗加工遗留的大余量,并保留适当余量,精加工根据结构特征采用不同的刀具及工艺分区域加工,保证加工效果和加工精度。基本的工艺过程如表1所示。
零件使用广州数控25i型五轴数控机床完成加工,该机床采用典型的3+2结构,即配置双数控转台,在X、Y、Z三直线轴的基础上增加B、C两旋转轴。数控转台的定位装夹部件是数控转台上的圆盘(放射状均布8条T型槽,中心为准25mm通孔)。
工装夹具需自行设计,夹具采用直径100mm(小于零件直径)、高100mm的圆柱钢件,具体设计如下:(1)圆柱夹具与零件的装夹:圆柱夹具一端面过中心加工出宽16mm的十字凸台,圆盘零件底面过中心加工出宽16mm十字凹槽,夹具十字凸台与零件十字凹槽配合定位,同时圆柱夹具中心加工成阶梯通孔,零件底面中心加工出M12工艺螺纹孔,M12螺栓通过夹具阶梯通孔并锁紧零件;(2)圆柱夹具与数控转台的装夹:夹具另一端面中心加工直径25mm、高10mm圆凸台,与数控转台中心孔配合定位,距此端面10mm的外圆周处加工宽15mm圆周槽,使用T形键和压板压紧夹具圆周槽于数控转台上,完成装夹。
3 五轴零件的子工艺分析及数控编程
使用CAXA进行编制加工刀路之前,首先需完成以下编程准备:(1)造型准备———叶轮曲面的创建,加工轮廓的抽取等等;(2)装夹准备———同上,制作直径小于工件的夹具、在工件底面加工定位槽和攻丝,并安装在数控转台圆盘上。
3.1 顶面光整
工件底面装夹前已经过加工,工装后,为保证零件总高61mm尺寸,首先进行顶面光整加工,测量工件厚度,通过改变降低工件坐标系Z值,完成工件厚度的精度保证。加工过程打开切削液,提高切削顶面的光洁度。综合考虑到后续的整体加工,减少换刀,采用准20平底铣刀进行加工。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min;进给速度800mm/min;下刀速度300mm/min;退刀速度3000mm/min;加工轮廓选取圆柱外圆周;加工行距16mm。刀路轨迹计算如图2所示。
3.2 外圆柱面加工
采用直径为准150的圆盘料作为毛坯,毛坯外径略大于准150,考虑到毛料的不均匀性和外圆柱面的光洁度,外圆柱面的加工分圆周侧向两次加工完成。(1)第一步半精加工外圆柱面,留侧壁余量为0.4mm,分层加工到深度Z-62mm,层深8mm;主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度800mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,刀路轨迹计算如图3(a)所示;(2)第二步精加工外圆面,一层加工到位,主要切削参数设置为:切削速度1400r/min,进给速度600mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min。刀路轨迹计算如图3(b)所示。
3.3 整体开粗
五轴零件的基本形状为凸台结构,无凹槽特征,相对环切加工策略,整体开粗采用平行加工策略突现以下优点:刀路规整,折弯少,抬刀少,加工综合效果好。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度1200mm/min,加工深度范围为Z-1～Z-47mm,切削层深1.5mm,切削行距16mm,加工余量0.5mm,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,加工对象选择工件整体,限制边选择圆柱外轮廓。刀路轨迹计算如图4所示。
3.4 五角星精加工
五角星由10个侧三角平面组合构成,且平面交界处为锐边连接,不能使用小球刀加工曲面的加工策略,典型的3轴清根刀路亦无法加工到位,而需借助五轴定向加工策略,使用平底铣刀完成加工。首先选择五角星一角的一侧平面建立坐标系,在此坐标系下使用三轴的轮廓铣刀路加工此侧平面,如图5(a)所示,并围绕中心轴(Z轴)进行旋转阵列,可得其它四角同侧平面的刀路轨迹;五角星五角的另一5个同侧平面的刀路轨迹同上操作可得,如图5(b)所示。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度600mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min。
3.5 圆球特征精加工
五角星往下拉伸与圆球交接,构成圆球的基本特征,曲面特征既有陡峭面,也存在平缓面。选用等高精加工2刀路较为合适,既可设置深度加工变化的层高,也可设置XY平面的间距,同时对陡峭面和平缓面达到较好的综合加工效果。五角星与圆球交界处曲率半径为3mm,由于加工深度较大,为保证刀具加工时的刚性,故尽可能选用大刀,此处采用R3球刀,主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度2000mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,Z向层高0.3mm,最小层高0.1mm,最小XY距离0.05mm,最大投影距离5mm,加工范围为Z-4～Z-36mm。刀路轨迹计算如图6所示。
3.6 圆球底部平面精加工
为得到良好光洁的圆球底部平面,采用尽量大的平底刀是合理的选择,故此处不采用3.5节中的球头刀同时加工,而增加新的轮廓铣刀路,选用平底刀加工。在软件中通过测量,圆球底部平面宽度为8～9mm之间,为保证加工过程的刀具刚性,选择准8平底刀。使用空间曲线功能构建圆球底部平面的外圆轮廓边和内圆轮廓边,首先使用轮廓铣精加工刀路沿内圆轮廓加工,如图7(a)刀路所示,其次使用轮廓铣加工刀路沿外圆轮廓加工,如图7(b)刀路所示,达到加工效果,主要加工参数设置如下:切削速度2400r/min;进给速度600mm/min;下刀速度200mm/min,退刀速度3000mm/min。
3.7 叶轮精加工
叶轮特征包括叶片和叶轮底面特征。为简化曲面处理和刀路运算,将叶轮底面、叶片和叶片顶部分开加工。
(1)叶轮底面精加工,整体粗加工以后,叶片左侧呈外凸状,余量较小,叶片右侧呈内凹状,余量较大,故加工叶轮底面时应从叶轮底面右侧(即叶片左侧边)进刀,避免首先切入零件大余量处影响切削质量,严重时甚至断刀。主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度1500mm/min,下刀速度200mm/min,退刀速度3000mm/min,叶轮装卡方式为Z轴向上,分度角为60°,底面上下部延伸量分别为3mm,最大步长为0.3mm,最大行距0.3mm,走刀方式为往复,进给方向为从右到左,选择底面优先,取消叶片选项。刀路轨迹计算如图8所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶轮底面的加工刀路。
(2)叶片顶面精加工:叶片顶面精加工无需五轴加工策略,使用三轴加工策略即可,在此选择参数线精加工刀路。由于该刀路受曲面边的限制,需在顶部曲面四周做2mm的延伸,以保证加工到位。主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度2000mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,行距0.3mm,切削方向沿顶面由下往上。刀路轨迹计算轨迹如图9所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶轮顶面的加工刀路。
(3)叶片侧面精加工:以上完成叶片底面和顶面加工后,再单独进行叶片侧面的加工,主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度1500mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,最大步长0.3mm,叶轮装卡方式为Z轴向上,走刀方向为环切方式,加工层数10层,叶片的上部延伸量为3mm,下部延伸量为6mm。刀路轨迹计算轨迹如图10所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶片侧面的加工刀路。
4 结语
针对不同结构的多轴机床,需开发对应的后处理程序。以上刀路轨迹经过专用的后处理程序编译为数控加工程序,在广州数控25i型五轴数控铣床上完成了加工,加工效果满足所需技术要求,零件实物见图11所示。使用多轴机床能够实现一次装夹即可完成零件的多特征和多变曲面加工,同时避免了多次装夹导致的精度误差,节省了大量的工装设计与制作等辅助加工时间。多轴加工技术已成为现代加工技术发展和普及的方向,可显著提升零件的加工效率与制造质量。
摘要：文中在典型五轴零件的结构分析和工艺分析基础上,基于传统的三轴数控加工工艺,融合前沿的五轴加工策略,使用CAXA制造工程师设计了典型五轴零件的刀路,并完成了五轴零件的数控编程和加工,获得了满足要求的加工效果。
关键词：数控加工,五轴,CAXA
参考文献
五轴虚拟加工系统的研究 篇10
物理仿真则是通过使用相关的力学模型预测切削力、刀具变形以及加工表面精度来仿真切削过程的动态特性, 为调整和优化切削参数提供依据, 达到优化切削过程的目的。
一数控仿真系统的总体架构
建立以仿真数据库为中心的系统模型, 将仿真数据库放在系统的核心层次共享, 各功能部件采用统一的数据描述, 各子系统独立开发, 为后续各子系统的开发奠定基础, 实现几何仿真与物理仿真的高效紧密集成。
二五轴铣削过程的几何仿真技术
将球头刀分解为相应的球头部分和圆柱体部分, 分别给出球体和圆柱体空间扫描体构造公式并构造出其表面模型, 将其离散为深度元素模型后, 通过与工件模型之间的布尔操作, 实现材料去除的过程。
为克服传统图像空间仿真算法在动态可视化方面必须重构模型的局限性, 寻求一种将仿真过程中的深度元素模型转化为STL面模型的方法, 从而可完整实现变视向的可视化算法, 在加工仿真过程中可对工件进行旋转与缩放操作, 从而提高了验证效率与检验效果。
三基于图像分析的干涉检测技术
结合图形硬件的绘制加速性能和层次二叉树的简化优势来提高物体间碰撞检测的速度, 将三维几何物体通过图形硬件投影绘制到图像平面上, 降维得到二维的图像空间, 利用图形硬件对物体的二维图像采样和相应的深度信息来判断两物体之间的相交情况, 然后通过对保存在各类缓存中的信息进行查询和分析, 检测物体之间是否发生干涉。
在进行干涉检测之前, 首先将加工环境大部分不相关的几何体进行裁减, 接着采用基于干涉分析图的初步检测与基于最短距离计算的详细检测策略, 有效地提高了碰撞干涉效率与检测精度, 可以获得近乎实时的性能。
四球头铣刀五轴铣削力建模与仿真
建立了球头铣刀五轴运动学模型, 将刀具沿轴向离散为一系列微元, 每一微元具有不同的五轴运动进给矢量。每一单元上总的进给速度矢量分解为水平进给予垂直进给分量, 并以此计算沿切削刃的切屑厚度分布。当刀尖进给速度增大或减小时, 刀具的旋转角速度必须同时相应地进行缩放, 目的是保持刀具的运动轨迹不变。
在分析球头铣刀的几何模型基础上, 提出了一种面向球头铣刀的五轴铣削力模型。针对五轴数控加工的特点, 将刀轴旋转运动的lead角与tilt角考虑进切削力模型, 利用转换矩阵将刀具坐标系中切削力转换到加工坐标系中分析处理。
基于深度元素模型, 提出了一种切削几何信息提取方法, 采用逆向投影, 充分利用几何仿真求交计算中所产生的数据用于确定刀具工件接触区域, 得到铣削力模型所需的几何信息, 实现了仿真系统模型中几何仿真和物理仿真的信息接口。
在铣削力系数模型中, 考虑了不同工况条件下对铣削力模型的影响, 结合正交试验设计与多元统计回归分析方法, 采用偏最小二乘法对铣削力系数模型进行参数识别。最后通过实验对该仿真系统的铣削力预测能力进行了检验。
五五轴铣削过程加工参数优化策略
依据加工时间和表面加工质量为目标函数, 以切削扭矩、切屑厚度、刀具变形以及刀具合力为约束条件, 以进给速度为设计变量, 采用序列二次规划方法对五轴铣削加工进行多约束非线性优化, 并通过仿真算例给出了具体的优化结果。
采用多约束自适应控制策略对五轴加工中的进给速度进行优化。在虚拟环境中仿真五轴铣削的加工过程, 将其结果存储在刀路中的每个位置点上, 通过PI控制器调整进给速度, 使机床工作在多个约束条件的最大范围值内, 采用时变增益和一个时间常量将优化过程递归拟合为一阶过程。
对进给速度进行滤波二次优化, 将高频连续变化的进给速度优化为低频分段变化的进给速度, 满足进给速度平滑过渡的要求。通过修改NC程序反映优化结果, 并通过加工实验验证了优化效果。
六数控加工仿真优化系统的开发
论文中所提出的优化策略和实现算法被集成在自主开发的数控加工仿真系统中。以Windows XP为系统环境, Visual C++为软件开发平台, 基于Open GL图形开发库开发了五轴数控仿真系统。
针对复杂曲面零件进行仿真验证, 主要对动态仿真模块、干涉检测模块、切削力预测模块以及参数优化模块进行评估。在仿真实验取得较好的结果后, 进行机床加工实验。使加工整体叶轮、螺旋桨等典型零件对仿真系统进行验证。
五轴铣削过程中几何分析和物理仿真方面所进行的创新与改进工作, 将对我国数字化制造进程起到积极的推动作用, 对研究开发新一代具有自主知识产权的数控加工仿真系统具有重要的理论和应用价值。
摘要：随着数控技术的发展, 数控机床作为一种自动化高效设备, 其结构和控制系统越来越复杂, 加工范围从简单的二维轮廓扩展到复杂零件的型腔、型面, 数控编程逐渐从手工编程、APT自动编程发展到交互式图形编程, 使加工复杂零件成为可能的同时也增加了编程的复杂性。
五轴数控加工 篇11
一、计算自由曲面平头立铣刀五轴数控加工轨迹
衡量国家机械制造业发展水平的重要指标是数控加工技术的发展程度, 五轴联动数控加工技术作为机械加工业一项重要技术受到各界的广泛关注。五轴联动数控系统的逐步完善, 在很大程度上促进了复杂形状零部件加工技术的进步。我国在此领域的起步较晚, 当前仍处于发展的初级阶段。本文以复杂曲面数控加工基础技术为研究对象, 以期为五轴联动数控加工技术的深入研究有所裨益。
所谓复杂曲面, 指的是除球面、抛物线、双曲线等可以借助二次方程加以表达曲面之外的曲面, 简单地说, 就是难以借助二次方程明确加以表达的曲面, 总体上包括两类, 一类是高次曲面, 这类曲面的通常表示方式是作为理论计算结果的曲面方程, 这类曲面方程的建模处理需要借助CAD软件来实现, 并利用CAM软件编制数控加工程序。另一类是对多个曲面进行连接或者剪切处理所得到的混合曲面, 本类曲面的工程数据列表是借助反求工程获得的。所谓反求工程, 就是借助一系列的测量方法对原物体尺寸及特征关系进行测量, 并根据所得到的数据文件建立CAD模型。
1. 刀具有效半径。
因为立铣刀周边为切削刃, 因此为了确保曲面切削的有效性, 在应用五轴立铣刀进行曲面加工时需要保持轴线与曲面法线之间具有一个刀具半径的偏置。鉴于刀具与曲面干涉, 不但立铣刀需要偏置, 还需要在被加工点法平面中保持轴线与法线角度。现设定被切削曲面单位法向矢量为, 刀具单位轴向矢量为刀具半径为, 据此, 有效刀具切削半径公式为Re=Rsinφ, 在被加工点的密切面中, 端面投影长短半径分别用R和Re表示, 将刀具端面圆心确定为坐标原点, 以长短半轴为坐标轴, 则立铣刀端面方程为:
可以将立铣刀切削曲面视作加工曲面中一把椭圆成形刀。
2. 计算自适应步长。
五轴数控编程使用频率较高的方法之一是借助CAM软件所进行的计算机辅助编程。该编程方法最突出的特点就是能够针对复杂曲面进行编程, 进而获取数控加工程序, 主要的适用领域为航空航天以及汽车制造等。
一般而言, CAD/CAM计算机辅助编程的实现方式可以分为两种, 即CAD/CAM集成系统以及独立系统。CAD/CAM集成系统也被称作一体化集成系统, 其基本的工作思路是:产品实体模型可以从CAD模块当中直接获得, 基本格式为全程管理数据格式。借助CAM模块, 将相应的工艺参数、所定义的刀具路径、仿真切削以及刀具路径后续处理等一系列的文件进行输入, 因为数据之间存在一定的联系, 因此, 当对产品实体模型或者是编程中某个参数进行改动时, 刀具路径也会相应地发生改变, 有利于促进编程效率的提升。相比较而言, CAD功能较差, 一般也不会被选为进行复杂曲面产品模型设计时所使用的工具, 所以, 在多轴数控加工过程中, 借助诸如IGES或者是step等中型文件, 从其他的CAD模型中提取出产品几何模型, 并将加工对象确定为借助CAM系统所获取的模型。加工程序的取得方式与前面所阐述的方法大同小异, 这类方法最突出的特点就是将关注的焦点集中在了开发加工策略方面, 这就在很大程度上降低了编程的繁杂程度, 相对而言, 借助CAM系统所得到的数控加工程序是理想的, 但也并不是完美无缺的。其最主要的不足就表现为打破了产品几何模型刀具数据之间的关系, 每次修改产品几何模型, 就需要重新进行上面所阐述的过程。除此之外, 另一个缺点就是在很大程度上增加了出线破面的可能性, 从而对编程效率的提高带来负面影响。
开展五坐标数控加工, 曲面每处法向矢量不固定, 进而导致刀具轴向矢量的变动, 换句话说, 刀具和曲面接触点由于刀轴的变动而呈现曲线, 因此, 五坐标立铣加工误差主要涉及两方面的内容, 即直线逼近误差和刀轴摆动误差。笔者选取曲面某参数方向作为步长开展误差控制, 曲线r (wi, 0) r (wi, 1) 中存在两点r (wi, 0) 、r (wi, 0) , 将两点连接成为一弦, 曲线到弦距离最大的点为r (wi, u) 。
第一, 直线逼近误差。从本质上讲, 加工曲线r (wi, 0) r (wi, 1) 就是借助多段内接弦插补逼近。鉴于加工效率, 要尽可能确保弦的长度, 控制弦的段数, 也就是在确保精度的前提下选择最长的弦长予以逼近, 常使用的方法为自曲线一头起, 利用迭代搜索法求其另一端点。将r (wi, 0) 以及r (wi, 1) 连接起来, 形成一弦, 用矢量c表示该弦, 曲线到弦距离最大的一点为d, 那么, 加工误差即为d的绝对值, 并且, d=r (wi, u) -r (wi, 0) -λ, 其中λ为一系数, λ∈[0, 1]。弦r (wi, 0) r (wi, 1) 与曲线上到弦距离最远点之间呈现出垂直的位置关系, 据此, 可以得出cd=0。进而可以得出:
P和I分别代表投影矩阵和单位矩阵。在进行计算过程中, 首先需要确定曲线中
在进行计算过程中, 首先需要确定曲线中是否存在有拐点, 如果有, 需要将其位置计算出来。在曲线中存在拐点的情况下, 曲线就被该拐点划分为两部分, 两端参数曲线区间也相应地从最初的[u1, u2]转换为[0, 1], 之后需要利用二分法对此两端曲线进行迭代。
第二, 刀轴摆动误差。在实际的加工过程中, 因为刀具轴向矢量并非是固定的, 摆动将会导致非线性误差的出现, 这就是刀轴摆动误差。
直线逼近段内曲面沿进给方向直线逼近误差最大值对应的法曲率用kf表示, 逼近段弧长用Δsu表示, 可以得出:, () 。当kf小于零时, 沿走刀方向的加工曲面为凸曲线, 与刀具相接触的轨迹呈现为凹曲线, 所以, 直线逼近误差与刀轴摆动加工误差的绝对值的和即为加工误差;当kf大于零时, 沿走刀方向的加工曲面为凹曲线, 与刀具相接触的轨迹同样呈现为凹曲线, 并且, 刀轴摆动误差始终小于直线逼近误差, 所以, 可以将直线逼近误差当做为加工误差。
3. 自适应行距。
高速切削技术在一定程度上受到CAD模型的影响, 其中最主要的是曲面加工方面, 所以, 在通常情况下, 加工对象都是三维模型, 刀具加工在很大程度上受其形状的影响, 此外, 其精度也对加工精度起着决定性作用。造型方法与加工结果之间并没有直接关系, 但是, 刀具轨迹却在很大程度上受无需加工特征的制约, 正因为如此, 必须对模型设置较高的要求, 同时对模型加以处理。
建模方式与加工结果之间没有必然的联系, 并且加工工具对加工结果的影响也不大, 但需要将造型工程控制在加工精度要求之上, 一般需要高出一个级别。在不同的建模软件之间进行模型转化时, 必须先检查零件模型的精度。
尽管曲面存在多种形状, 然而在对曲面进行加工时, 整张曲面始终需要依据一定曲线走刀进行加工。以刀具接触点所在的曲线在此点处曲率为依据, 可以将刀具接触点划分为凸点、凹点以及拐点三种。以点曲率大小为依据, 可以对该点的具体类型做出判断:当kf大于零时, 即为凸点;当kf小于零时, 则为凹点;当kf等于零时, 判定其为拐点。与点的类型相对应, 可以将其所在的曲线分为凸曲线、凹曲线以及直线三种类型。在刀具接触点为凸点、凹点或者是拐点的情况下, 在密切面中, 与这三类点临域的曲线则可以称作凸弧线、凹弧线和直线, 所以, 在对自由曲面行距加以计算时, 直接在圆弧及直线上进行计算即可。
二、结论