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　　五軸數(shù)控加工扁平無干預(yù)路徑總體規(guī)劃的主要舉措

　　2017/8/9 15:25:11

　　與傳統(tǒng)的兩軸數(shù)控加工技術(shù)較之，五軸數(shù)控加工增加了三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量。因而，五軸數(shù)控加工不僅能掌控展開相同路徑的平動(dòng)加工，而且能利用三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，使五軸數(shù)控機(jī)床的能快速實(shí)現(xiàn)在任一路徑的自由加工。

由此看出，五軸數(shù)控加工的巨大競爭優(yōu)勢是路徑的掌控，這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)各方面。首先，五軸數(shù)控加工能任一改變刀軸路徑，因而能防止與加工部件的干預(yù)，從而順利完成繁雜球面的加工。其次，五軸數(shù)控加工便于隨時(shí)修正刀軸路徑，使與加工球面能很好地匹配，并能增大有效切寬，從而實(shí)現(xiàn)大型、繁雜球面的有效加工。再次，雖然五軸數(shù)控加工技術(shù)能有效掌控刀軸路徑，從而大大改善了加工條件。

比如，在加工葉輪等截面較大的球面時(shí)，只需選用剛度較小的小型，并透過有效掌控刀軸路徑，就能大大減小懸伸量，同時(shí)還能有效掌控的作用區(qū)域，減小的破損，從而在很大程度上確保了五軸數(shù)控加工的產(chǎn)品質(zhì)量?；谝陨显?，與兩軸數(shù)控技術(shù)較之，五軸數(shù)控加工技術(shù)具有不可比擬的競爭優(yōu)勢。但是，雖然五軸數(shù)控加工多出了三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量，因而使得其路徑總體規(guī)劃的就更加繁雜?？傊?，五軸數(shù)控加工技術(shù)的關(guān)鍵就是路徑的總體規(guī)劃，是如何更快地正視與鉆孔的干預(yù)，特別是加工繁雜球面零件時(shí)，必須考慮到與鉆孔的幾何約束，當(dāng)有干預(yù)出現(xiàn)時(shí)，可透過修正刀軸路徑來防止干預(yù)，在離散的刀觸點(diǎn)處排序出的可達(dá)路徑錐，能Murviel零件的可加工性，減少甚至能防止對路徑展開反復(fù)的修正和檢測，強(qiáng)化了路徑，最終聚合無干預(yù)路徑。

　　本文在總結(jié)五軸數(shù)控加工中干預(yù)分類的基礎(chǔ)上，從繁雜球面五軸拋物線總體規(guī)劃的角度入手，分析了五軸數(shù)控加工扁平無干預(yù)路徑總體規(guī)劃的主要舉措，以確保在確保加工精度的同時(shí)提高加工工作效率。

　　1.五軸數(shù)控加工中的干預(yù)類型

　　在五軸數(shù)控加工過程中，常見的干預(yù)類型主要有四種，分別為對撞干預(yù)、過切干預(yù)及超程干預(yù)。

　　1.1.對撞干預(yù)

對撞干預(yù)也可稱作全局干預(yù)，它是指與機(jī)床主軸相對于非加工足部的干預(yù)。比如，刀刃與鉆孔的干預(yù)、研磨的干預(yù)、終端中的干預(yù)及固定零件與可動(dòng)零件的干預(yù)，這些都屬于對撞干預(yù)。造成對撞干預(yù)的影響因素主要有：加工球面的截面、的花紋等。

　　1.2.過切干預(yù)

　　對于鉆孔表層與研磨足部的干預(yù)，我們稱作過切干預(yù)。除非出現(xiàn)過切干預(yù)，鉆孔表層原本不被摘除的地方被摘除，這常常容易引起鉆孔公差的超標(biāo)。過切干預(yù)類型主要有四種，即為尾端過切干預(yù)、局部過切干預(yù)及終端過切干預(yù)。

　　1.3.超程干預(yù)

　　除非刀殘基的相位或坐標(biāo)超過了機(jī)床的行程范圍，我們就稱作超程干預(yù)。這種干預(yù)比較少見，其原因常常是雖然數(shù)控編程者缺乏操作經(jīng)驗(yàn)或失誤等因素造成的。

　　2.五軸數(shù)控加工扁平無干預(yù)路徑總體規(guī)劃的主要舉措

五軸數(shù)控加工中路徑總體規(guī)劃的優(yōu)劣，將對其加工工作效率和加工精度具有重要影響。所謂路徑，就是指相對鉆孔運(yùn)動(dòng)的拋物線，其總體規(guī)劃的目的是如何更快地正視與鉆孔的干預(yù)，無干預(yù)路徑總體規(guī)劃舉措主要集中于強(qiáng)化花紋以及強(qiáng)化拋物線演算法這三個(gè)各方面。

　　2.1.強(qiáng)化花紋

五軸數(shù)控加工的成形基本原理為單參數(shù)面族孔穎草基本原理， 其真實(shí)的加工數(shù)值為孔穎草面相對于鉆孔球面的若恩縣數(shù)值，在五軸數(shù)控加工中，如果花紋相同，其干預(yù)足部和干預(yù)判斷就會(huì)有所相同。因而，對花紋及研磨足部分布展開合理強(qiáng)化，就能在很大程度上防止或減少的干預(yù)。比如，在五軸數(shù)控加工過程中廣泛選用的護(hù)耳刀，雖然護(hù)耳有著良好的自適應(yīng)功能，且其對過切干預(yù)具有快速檢查的特殊性能，因而在加工行業(yè)中被得到普遍應(yīng)用。但是，護(hù)耳的研磨速度會(huì)隨著研磨邊線的相同而出現(xiàn)改變，尤其是在護(hù)耳中心附近的研磨速度接近于零。因而，在那些小截面球面條件下，選用護(hù)耳加工時(shí)的研磨產(chǎn)品質(zhì)量常常比較差，其在加工工作效率各方面的表現(xiàn)也常常不如人意。再加上要生產(chǎn)出能適應(yīng)變研磨速度的護(hù)耳，其價(jià)格常常非常昂貴。除非被破損，的修整也非常繁雜。而非護(hù)耳能透過修正其邊線和姿態(tài)， 能使刀觸點(diǎn)拋物線線附近帶狀區(qū)域內(nèi)的孔穎草球面更加接近理論設(shè)計(jì)球面，從而顯著提高給定精度下的加工帶寬，增大了的有效研磨面積，能獲得高效去除率， 提高加工工作效率。

由此可見，在加工繁雜鉆孔時(shí)，特別是結(jié)構(gòu)繁雜的組合模具，為了防止與鉆孔的干預(yù)，從而生成無干預(yù)路徑，從而確保研磨產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，選擇相同花紋的，強(qiáng)化花紋，就顯得尤為重要。

　　2.2.強(qiáng)化拋物線演算法

　　為防止鉆孔、夾具以及在鉆孔周圍可能與出現(xiàn)的干預(yù)，就必須排序出和鉆孔的接觸點(diǎn)，得到刀觸點(diǎn)字符串，根據(jù)刀觸點(diǎn)字符串和花紋確定刀殘基的邊線，從而總體規(guī)劃出的運(yùn)動(dòng)拋物線，而相同的排序方法對的運(yùn)動(dòng)拋物線影響很大，因而，強(qiáng)化拋物線演算法也就顯得至關(guān)重要。拋物線演算法主要有以下幾種：

　　2.2.1.等參數(shù)線法

等參數(shù)線法較為簡單，因而被得到廣泛應(yīng)用。這種演算法基于原始球面的參數(shù)路徑，故而容易獲取。雖然大部分被加工球面的構(gòu)建過程都有著固定的球面參數(shù)，因而很多就借用了這些參數(shù)來獲取加工路徑。但是，僅透過借助這些參數(shù)聚合的路徑，常常很難有效掌控鉆孔表層的球面精度。其結(jié)果常常是，在球面較窄的足部上，路徑過于繁雜，而在球面較寬的邊線，路徑又過于稀疏。在這種條件下，鉆孔表層粗糙度不能得到確保，表現(xiàn)得很不均勻，甚至?xí)霈F(xiàn)路徑重復(fù)的結(jié)果，其加工精度也難以保障。

　　2.2.2.等距截面法

這種演算法包含CL和CC兩種。其中，CL路徑截面線法是在加工過程中，其路徑能被運(yùn)用到另一個(gè)球面。由此一來，在被加工球面上產(chǎn)生的偏置面就將與上述球面形成一條交線，CL路徑截面線法就將這一交線就作為路徑。而對于CC路徑截面線法，則是利用加工過程中與鉆孔的接觸作為另一球面的路徑。相對CL路徑截面線法來說，CC路徑截面線法對加工時(shí)路徑的掌控比較容易，路徑的分布也比較均勻。特別對于那些參數(shù)分布不太均勻的繁雜球面，CC路徑截面線法的加工工作效率常常表現(xiàn)地更高，但其路徑演算法相對更加繁雜，排序工作量比較大。

　　2.2.3.等殘留高度法

在加工運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果保持其運(yùn)動(dòng)拋物線的殘留高度不出現(xiàn)變化，這種演算法稱作等殘留高度法。該演算法的實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵是掌控相鄰運(yùn)動(dòng)拋物線之間的距離，即無論球面的截面怎樣改變，加工后的殘高一定要保持穩(wěn)定。等殘留高度法的加工區(qū)域既能適合垂直加工區(qū)域，也可適應(yīng)水平加工區(qū)域。在加工過程中，的受力能保持均勻，且可在當(dāng)前拋物線條件下，就很方便地排序出后續(xù)的路徑。因而，這種路徑的排序量相對比較小，排序速度相對較快。其缺點(diǎn)是，當(dāng)鉆孔球面的參數(shù)不穩(wěn)定時(shí)，有可能影響研磨工作效率。

　　2.2.4.投影法

　　投影法不僅需要考慮按照既定路徑（亦稱為導(dǎo)動(dòng)曲線）展開曲線運(yùn)動(dòng)，還需要考慮鉆孔表層的花紋特征。因而，投影法的路徑常常是沿著導(dǎo)動(dòng)曲線在鉆孔表層上的投影展開的。投影法比較適應(yīng)于具有特殊球面的加工鉆孔。特別是在有對撞干預(yù)的情形下，透過投影法常常能有效限制刀心點(diǎn)。其原因是雖然在這種鉆孔表層上，每一接觸點(diǎn)的若恩縣路徑不盡相同，這使得干預(yù)不容易出現(xiàn)，由此能使路徑更能得到有效掌控。比如，很多繁雜球面（型腔球面等）常常選用投影法來展開加工，而其他演算法卻并不適用。

因而，在五軸數(shù)控加工過程中，應(yīng)根據(jù)加工表層的繁雜程度和花紋特征，合理選擇最佳的拋物線演算法，得到最佳的刀觸點(diǎn)字符串，才能更快地正視與鉆孔的干預(yù)，從而得到扁平無干預(yù)路徑。

　　3.結(jié)語

　　五軸數(shù)控加工技術(shù)的關(guān)鍵是路徑的總體規(guī)劃，需要注意有效防止與鉆孔的干預(yù)。無干預(yù)路徑總體規(guī)劃舉措主要集中于強(qiáng)化花紋以及強(qiáng)化拋物線演算法這三個(gè)各方面。對花紋及研磨足部分布展開強(qiáng)化，能在很大程度上防止或減少干預(yù)。在五軸數(shù)控加工過程中，還應(yīng)考慮鉆孔球面的繁雜程度和參數(shù)特征，從而探索一種既具備良好的通用性，且排序簡單，又能確保加工產(chǎn)品質(zhì)量和加工工作效率的總體規(guī)劃方法。

　　審核(王靜)

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