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　　五軸數控加工扁平無干預路徑總體規劃的主要舉措

　　2017/8/9 15:25:11

　　與傳統的兩軸數控加工技術較之，五軸數控加工增加了三個轉動分量。因而，五軸數控加工不僅能掌控展開相同路徑的平動加工，而且能利用三個轉動軸，使五軸數控機床的能快速實現在任一路徑的自由加工。

由此看出，五軸數控加工的巨大競爭優勢是路徑的掌控，這主要表現在以下幾個各方面。首先，五軸數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，從而順利完成繁雜球面的加工。其次，五軸數控加工便于隨時修正刀軸路徑，使與加工球面能很好地匹配，并能增大有效切寬，從而實現大型、繁雜球面的有效加工。再次，雖然五軸數控加工技術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，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，同時還能有效掌控的作用區域，減小的破損，從而在很大程度上確保了五軸數控加工的產品質量?；谝陨显颍c兩軸數控技術較之，五軸數控加工技術具有不可比擬的競爭優勢。但是，雖然五軸數控加工多出了三個轉動分量，因而使得其路徑總體規劃的就更加繁雜?？傊遢S數控加工技術的關鍵就是路徑的總體規劃，是如何更快地正視與鉆孔的干預，特別是加工繁雜球面零件時，必須考慮到與鉆孔的幾何約束，當有干預出現時，可透過修正刀軸路徑來防止干預，在離散的刀觸點處排序出的可達路徑錐，能Murviel零件的可加工性，減少甚至能防止對路徑展開反復的修正和檢測，強化了路徑，最終聚合無干預路徑。

　　本文在總結五軸數控加工中干預分類的基礎上，從繁雜球面五軸拋物線總體規劃的角度入手，分析了五軸數控加工扁平無干預路徑總體規劃的主要舉措，以確保在確保加工精度的同時提高加工工作效率。

　　1.五軸數控加工中的干預類型

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

　　1.1.對撞干預

對撞干預也可稱作全局干預，它是指與機床主軸相對于非加工足部的干預。比如，刀刃與鉆孔的干預、研磨的干預、終端中的干預及固定零件與可動零件的干預，這些都屬于對撞干預。造成對撞干預的影響因素主要有：加工球面的截面、的花紋等。

　　1.2.過切干預

　　對于鉆孔表層與研磨足部的干預，我們稱作過切干預。除非出現過切干預，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。過切干預類型主要有四種，即為尾端過切干預、局部過切干預及終端過切干預。

　　1.3.超程干預

　　除非刀殘基的相位或坐標超過了機床的行程范圍，我們就稱作超程干預。這種干預比較少見，其原因常常是雖然數控編程者缺乏操作經驗或失誤等因素造成的。

　　2.五軸數控加工扁平無干預路徑總體規劃的主要舉措

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

　　2.1.強化花紋

五軸數控加工的成形基本原理為單參數面族孔穎草基本原理， 其真實的加工數值為孔穎草面相對于鉆孔球面的若恩縣數值，在五軸數控加工中，如果花紋相同，其干預足部和干預判斷就會有所相同。因而，對花紋及研磨足部分布展開合理強化，就能在很大程度上防止或減少的干預。比如，在五軸數控加工過程中廣泛選用的護耳刀，雖然護耳有著良好的自適應功能，且其對過切干預具有快速檢查的特殊性能，因而在加工行業中被得到普遍應用。但是，護耳的研磨速度會隨著研磨邊線的相同而出現改變，尤其是在護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，選用護耳加工時的研磨產品質量常常比較差，其在加工工作效率各方面的表現也常常不如人意。再加上要生產出能適應變研磨速度的護耳，其價格常常非常昂貴。除非被破損，的修整也非常繁雜。而非護耳能透過修正其邊線和姿態， 能使刀觸點拋物線線附近帶狀區域內的孔穎草球面更加接近理論設計球面，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，特別是結構繁雜的組合模具，為了防止與鉆孔的干預，從而生成無干預路徑，從而確保研磨產品質量和工作效率，選擇相同花紋的，強化花紋，就顯得尤為重要。

　　2.2.強化拋物線演算法

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

　　2.2.1.等參數線法

等參數線法較為簡單，因而被得到廣泛應用。這種演算法基于原始球面的參數路徑，故而容易獲取。雖然大部分被加工球面的構建過程都有著固定的球面參數，因而很多就借用了這些參數來獲取加工路徑。但是，僅透過借助這些參數聚合的路徑，常常很難有效掌控鉆孔表層的球面精度。其結果常常是，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，表現得很不均勻，甚至會出現路徑重復的結果，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，其路徑能被運用到另一個球面。由此一來，在被加工球面上產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

在加工運動時，如果保持其運動拋物線的殘留高度不出現變化，這種演算法稱作等殘留高度法。該演算法的實現，其關鍵是掌控相鄰運動拋物線之間的距離，即無論球面的截面怎樣改變，加工后的殘高一定要保持穩定。等殘留高度法的加工區域既能適合垂直加工區域，也可適應水平加工區域。在加工過程中，的受力能保持均勻，且可在當前拋物線條件下，就很方便地排序出后續的路徑。因而，這種路徑的排序量相對比較小，排序速度相對較快。其缺點是，當鉆孔球面的參數不穩定時，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（亦稱為導動曲線）展開曲線運動，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動曲線在鉆孔表層上的投影展開的。投影法比較適應于具有特殊球面的加工鉆孔。特別是在有對撞干預的情形下，透過投影法常常能有效限制刀心點。其原因是雖然在這種鉆孔表層上，每一接觸點的若恩縣路徑不盡相同，這使得干預不容易出現，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，在五軸數控加工過程中，應根據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，得到最佳的刀觸點字符串，才能更快地正視與鉆孔的干預，從而得到扁平無干預路徑。

　　3.結語

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

　　審核(王靜)

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