五轴加工中心处理研究
导读：本辑归纳了五轴加工中心后置处理，五轴加工中心静刚度分析与结构优化，复杂曲面 的五轴加工无干涉刀具路径生成技术研究，大型水轮机转轮叶片的五轴加工技术，五轴加工 中心静刚度分析与结构优化。
中国学术期刊文辑（2013）
目录
一、理论篇 复杂曲面零件五轴加工刀轴整体优化方法 1 高动态五轴加工中心 BarbaraSchulz 12 高速卧式五轴加工中心主机结构的选型设计 14 基于 UG 的螺旋叶片数控五轴加工 17 基于多体系统理论的五轴加工中心几何误差建模李欢玲 20 汽车玻璃钢化风栅成形器五轴加工刀轴矢量插值 24 汽轮机叶片五轴加工编程与仿真研究 29 汽轮机叶片五轴加工编程与仿真研究章泳健 34 浅析五轴加工异形管连接器 39 浅析五轴加工中心数控编程技巧 42 人头模型的逆向造型设计及其五轴加工 45 实现低成本五轴加工的秘诀嵌入五轴工作台 47 矢量化编程使航空航天领域的五轴加工更便捷 49 二、发展篇 数控五轴加工余量问题 53 五轴加工不同点详述 54 五轴加工超差故障一例分析 56 五轴加工刀具路径生成的有效加工域规划方法 58 五轴加工模具制造的理想方式 68 五轴加工中非线性误差的检测和处理方法 70 五轴加工中心后置处理与虚拟仿真的研究 75 五轴加工中心任意点旋转坐标的计算 77 西门子 SINUMERIK840D 在五轴加工中的应用 DirkRaben 79 虚拟环境下五轴加工中心的建模技术研究 82 一种五轴加工中心主轴摆动消隙方法研究 87 应用虚拟制造技术开发五轴加工中心 92 直驱式高速龙门五轴加工中心横梁的设计 97
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ｄｏｉ：１０．７５２７／Ｓ１０００－６８９３．２０１３．０２４２
Ｊｕｎ．２５ ２０１３ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．６ １４５２－１４６２ ＩＳＳＮ １０００－６８９３ ＣＮ １１－１９２９／Ｖ
复杂曲面零件五轴加工刀轴整体优化方法
王晶，张定华＊ ，罗明，吴宝海
西北工业大学 现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 ，陕西 西安 ７１００７２
摘 要：针对复杂曲面零件五轴加工中刀轴矢量变化剧烈、严重影响工件表面加工质量 的 问 题，提 出 一 种 基 于 临 界 约 束 的五轴刀轴矢量整体优化方法。首先，构造了给定切触点处所有可行摆刀平面，并在摆刀平面内根据临界 约 束 计 算 出 临 界刀轴矢量，在获得临界刀轴矢量的基础上，对其进行平面 映 射，建 立 了 刀 轴 摆 动 的 初 始 可 行 域 ；其 次，通 过 对 初 始 可 行 域进行均匀离散，根据离散点之间相对位置关系构造邻接矩 阵，并 结 合 最 短 路 径 搜 索 算 法 获 得 了 初 始 参 考 刀 轴 ，从 而 构 造了新的刀轴摆动可行域；最后，建立当前切削行内无干涉且 相 邻 刀 轴 变 化 最 小 的 刀 轴 矢 量 优 化 模 型 ，实 现 自 由 曲 面 五 轴加工无干涉刀轴矢量的光滑控制。两种自由曲面叶轮的加 工 算 例 分 析 表 明，采 用 本 文 方 法 获 得 的 刀 轴 矢 量 可 以 明 显 改 善 机 床 的 运 动 性 能 ，避 免 了 刀 具 干 涉 的 产 生 ，可 提 高 复 杂 曲 面 零 件 的 加 工 质 量 与 效 率 。
关 键 词 ：复 杂 曲 面 ；临 界 约 束 ；刀 轴 矢 量 优 化 ；五 轴 加 工 ；机 床
中 图 分 类 号 ：Ｖ２６１；ＴＰ３９１．７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００－６８９３（２０１３）０６－１４５２－１１
由于五轴数控加工中机床自由度的增加使刀 具具有更高的可 达 性，因 此 常 被 用 于 复 杂 曲 面 类 零件的加工 中。 然 而，自 由 度 的 增 加 导 致 刀 具 姿 态控制复杂度提 高，在 一 定 程 度 上 限 制 了 它 在 实 际加工中的 应 用。 同 时，加 工 过 程 中 刀 轴 矢 量 的 剧 烈 变 化 ，还 会 在 零 件 表 面 产 生 切 痕 ，甚 至 破 坏 零 件表面［１－２］，严重 影 响 加 工 质 量。 此 外，大 的 角 度 变化还可能超出机床转动角速度与角加速度的限 制，降低加工效率与表面加工质量 。 ［２］ 因此，研 究 复杂曲面零件五轴加工中的刀轴整体优化方法具 有重要的理论意义和应用价值。
刀轴矢量，首先通 过 典 型 位 置 上 符 合 机 床 运 动 学 特性的刀轴矢量，结 合 四 元 数 插 值 算 法 进 行 中 间 刀轴矢量 的 计 算，最 终 进 行 碰 撞 干 涉 检 查。Ｌｕｏ 等［５］将该方法 进 行 了 改 进，并 在 叶 片 多 轴 加 工 刀 轴光顺控制中进行了应用。但该方法的实现需要 对得到的切削行上每个刀位点处刀轴进行干涉判 断与 修 正，大 大 增 加 了 计 算 量。 第 ２ 种 思 路 是 首 先在离散的刀位点 处 计 算 刀 具 的 无 干 涉 方 向 （即 可 达 方 向 锥 ），然 后 在 可 达 方 向 锥 中 选 择 出 可 行 方 向锥，再从中 规 划 刀 轴 矢 量 。 ［６］ 这 种 方 法 的 难 点 在于刀具可行空间的计算，目前主要采用 Ｃ 空间 法 和 ［２，４，７］ 可视锥法 实 ［８－１１］ 现 。 在 可 行 空 间 中 沿 刀 具进给方向实现 刀 轴 光 顺 控 制 方 面，也 有 不 少 学 者提出 相 应 方 法。 Ｗａｎｇ 和 Ｔａｎｇ［２］通 过 计 算 每 一切触点处在角速度限制条件下刀轴可以达到的 范围和该点的无干涉范围之间的交集来确定五轴
针对上述问题，国 内 外 众 多 学 者 进 行 了 大 量 的 研 究 工 作 ，主 要 有 两 种 方 法 ，一 种 是 先 生 成 刀 轴 矢量再进行调 整［３］，另 一 种 是 在 刀 轴 可 行 空 间 中 规划刀轴矢量 。 ［４］ 基于第１种思路，Ｈｏ等 提 ［１］ 出 了刀轴光顺方法（ＴＯＳ方法），为获 得 变 化 均 匀 的