五轴数控加工

摘要： 机床运动轴的线性插补会导致刀具位置及刀轴矢量的非线性插补,造成的非线性误差是影响曲面侧铣精度的重要因素。为减少刀轴矢量非线性插补造成的侧铣加工误差,建立转台旋转-刀轴偏差角模型,证明当机床旋转轴线性联动时刀轴矢量的插补一定是非线性的,并提出刀轴矢量线性插补的条件。在加工坐标系中建立球面坐标系,讨论相邻插补刀轴矢量在球面坐标系中的经纬度差异,以及对刀轴偏差角的影响。通过计算知相邻刀轴矢量的夹角与刀轴最大偏差角不呈单调关系。提出相邻刀轴矢量平均纬度最小化的优化目标;通过改变工件装夹姿态,满足优化条件。以典型叶片曲面类零件的曲面侧铣加工为例,验证刀轴矢量线性插补的约束条件。利用BC轴转台式机床进行加工,借助优化刀轴矢量在转台旋转-刀轴偏差角模型中的平均纬度,验证所提方法的有效性。

摘要： 在满足残留高度的前提下,增大行距能够有效减少加工刀轨的行数,从而减少刀轨总长度。针对自由曲面平底刀五轴加工,提出了一种行距自适应的刀轨生成方法。在刀具进给方向法平面上,以椭圆等效表示平底刀切削轮廓,基于曲面局部轮廓线和等残留高度点的几何特征提出迭代计算等残留高度点的方法;再根据等残留高度点、切削轮廓和曲面之间的几何关系,通过迭代调整下一行切削轮廓位置计算出满足残留高度要求的下一行刀轨信息;最后以下一行和当前行刀触点之间最小的参数差值作为自适应行距值规划刀轨。以叶片曲面为例生成刀轨,验证了算法的可行性和有效性。

摘要： 随着五轴数控技术的发展,传统球头刀具对曲面的加工已不能满足高效加工需求。利用五轴数控加工的灵活性,通过调整圆环面刀具的位置与姿态,从而实现以线接触为目标的宽行加工方法,并进行了工装小曲率曲面的粗加工验证。与普通球头刀具加工相比,选用圆环面刀具能够提高25%以上加工效率,验证了宽行数控加工技术的高效性和可靠性。

摘要： 为了提升可展直纹面零件加工的质量与效率,本文以数控大赛“五轴联动加工技术”赛项样件——基座的加工为例,制定切削工艺,探讨其直纹面部分的精加工策略:利用球头刀的“点铣”和立铣刀“侧铣”两种方案,在五轴数控机床上进行试切对比,结果表明:“侧铣”的加工效率和表面质量均优于“点铣”,所以优先选择“侧铣”方案。

摘要： 针对目前五轴数控加工环形刀具多点切触刀位优化算法计算效率不高、切削带宽尚有提升空间的问题,提出一种基于遗传算法的多点切触刀位计算方法。为避免局部干涉,在将初始环形刀具模型和刀位优化区域变换到指定位置的基础上,精确计算给定倾斜角、侧偏角的离散刀具模型与刀位优化区域曲面之间的最短有向距离。为精确计算切削带宽,将刀具模型移动最短有向距离后,与刀位优化区域曲面的等残留高度偏置曲面进行求交,获得近似于实际的切削带宽。以切削带宽为优化目标,以倾斜角、侧偏角为编码变量,采用遗传算法寻优获得最大切削带宽所对应的刀位倾斜角、侧偏角。算法运算实例表明,所提算法能够有效实现环形刀具的五轴加工刀位优化,最优刀位对应的切削带宽更大,计算效率也更高。

摘要： 阐述了五轴数控加工的优势与海德汉数控系统的特点,提出了刀具半径补偿图解分析法,同时以实例验证刀具半径补偿图解分析法在数控铣削加工中的实用性与准确性,简化了刀具补偿原理的理解和数控加工程序的编制,提高了数控加工的有效性,保证了零件加工质量的稳定性.

摘要： 采用五轴数控机床实现闭式叶盘的加工是一个高度复杂的过程,所获得的叶型接刀误差受到机床、工装、零件、装夹过程、切削参数以及操作人员等多种因素的综合影响.在深入分析接刀误差产生原因的基础上,设计了一种闭式叶盘叶型加工流程,并给出了基于机床测头的零件精确定位方法和数控机床零点快速标定方法,验证试验结果显示所给出的方法能够很好地控制闭式叶盘加工过程的接刀误差.

摘要： 目的 研究在五轴数控加工中,等残留高度法规划出的轨迹线特点,解决容易出现的步长累积误差问题.方法 分析步长误差的形成原因,采用偏置轨迹上的步长计算方法;通过对比偏置前后的走刀步长,发现步长误差会产生累积;为提高加工精度,引入阈值参数ψ,通过ψ来控制步长误差变化率α,使步长误差控制在合理的范围内.结果 传统等残留高度法规划出的轨迹线步长误差在逐条累积增加,最大误差变化率已接近0.3,通过执行步长累积误差消除算法,改进后的轨迹线α值基本控制在-0.05～0.05.结论 在等残留高度法中加入对步长误差的控制,增加了步长的加工精度,对提高工件的表面质量有积极的意义.

摘要： 针对三角网格曲面五轴数控加工中普遍使用的截平面法加工行距较窄、加工效率较低的问题,提出一种可变行距的宽行加工刀具路径生成方法.首先,以三角网格数据重构为基础,提出一种基于KdTree网格区域划分的求交算法,实现了网格数据点的快速获取;然后,分析环形刀及三角网格曲面的几何特性,在无曲率干涉条件下提出通过改变侧倾角并优化前倾角使刀具有效切削半径最大化的方法,获得以加工行距最大化为优化目标的最佳刀具倾角组合;最后,结合三角网格曲面的特性建立一种环形刀刀具离散模型,并提出了相应的干涉检测与修正方法.仿真实验表明,在相同加工条件下,本文加工行距优化方法较现有方法明显增大了加工行距、提高了加工效率,而且所提出的刀具干涉与修正处理方法能有效避免局部刀底干涉及全局刀杆干涉现象的发生.

摘要： 为提升对自由曲面零件的加工质量、精度和效率,在对五轴数控加工技术和高速数控加工技术分析的基础上,详细对五轴数控加工技术和高速数控加工技术的工艺进行研究,并以螺旋桨叶轮为例完成其加工参数的设计.

摘要： 针对航空整体叶轮五轴铣削过程中由于刀轴矢量剧烈变化而在零件表面产生切痕,甚至破坏零件表面,以及极易发生颤振,导致加工精度难以保证的问题,本文开展航空整体叶轮五轴数控加工仿真及参数优化研究,提出同时考虑干涉和工艺系统稳定性的参数优化方法.针对HSC75五轴高速加工中心、整体叶轮和夹具,采用Vericut创建数控仿真环境,实现针对具体工艺系统的几何建模.通过叶轮加工过程仿真,有效避免机床主轴、刀具、工作台和夹具之间的碰撞.

摘要： 本文讲述的是五轴数控加工航空发动机叶轮过程中出现出现叶轮精度差和粗糙度不合格以及叶根根切等问题,经过认真分析研究后找到了问题的关键,通过改善刀具,优化走刀方式,叶面误差补偿等方法解决了问题。

摘要： NURBS插补与直线及圆弧插补方法相比,具有加工精度高、曲面光顺性好、加工效率高等优点,已经成为当前五轴加工技术研究的热点问题之一.为了解决直线插补和圆弧插补的不足,以三次NURBS参数样条为基础对五轴加工的NURBS插补的进行研究;基于UG前置输出刀位数据点,分别对刀尖点和刀轴矢量参数化,反算求出控制顶点,实现NURBS插补,同时通过对插补点的曲率计算,推导出插补误差与进给速度的关系,进而用进给速度控制插补误差;基于IMSpost和HEIDENHAIN iTNC530数控系统,进行NURBS插补功能的后置处理器的研究,实现高效NC程序的输出;基于MATLAB,以叶轮的NURBS插补刀具轨迹进行仿真验证,结果实现了NURBS刀具轨迹的NC输出,为五轴数控加工的NURBS插补技术提供理论指导和应用.

摘要： 针对离心泵叶轮曲面端铣加工,建立了基于等残高的刀位轨迹规划算法.首先选取设计曲面的一条边界曲线作为初始刀触点轨迹,并按许用弦长误差离散所选轨迹,形成刀触点轨迹线;然后根据单个刀位下的局部几何结构反算得到刀位点轨迹线并利用三次样条拟合生成一条刀位轨迹,同时在行距方向计算下一条刀位轨迹;最后引入引导曲线控制刀轴矢量方向,避免了加工时干涉的产生,并结合UG二次开发技术实现了刀位轨迹的全局规划.

摘要： 为实现高效的复杂三角网格模型五轴数控加工,提出一种等残留高度轨迹的生成及优化处理方法.建立自适应的局部投影平面,在平面内将刀触点的投影点进行偏置后,重投影到模型表面生成等残留高度的偏置刀触点;通过轨迹线段方向矢量的变化、比值准则和角度准则实现轨迹的平顺处理;过两相邻刀触点构造平面,并与相邻面片求交来插入新刀触点,同时根据步长和允许误差来去除冗余刀触点;基于K-D树快速检索可能的相交轨迹,在构造的相交测试平面内求交后,反投影获得真实轨迹交点,并依据交点的出入性搜集出有效的轨迹;将刀触点轨迹沿其法矢偏置后生成刀位点轨迹.运行实例表明,本文方法能够对复杂三角模型生成有效的五轴加工等残留刀位点轨迹。

摘要： 针对五轴加工后置处理在奇异区域内反解旋转角时产生的旋转轴运动突变导致的非线性误差过大并对工件和机床部件造成损害的问题,以五轴AB双转台卧式数控机床为研究对象,根据机床结构与运动链,运用齐次坐标变换原理,推导出其后置处理算法,将刀轴矢量的可行值域简化为球体,并通过将AB轴的运动类似为球体上的AB阶跃,分析了奇异问题的产生机理,得到相应的检测方法.对刀轴矢量投影局部放大后,通过刀位点和刀轴矢量插值分解B阶跃后重新生成刀具路径的方法,得到了奇异问题的避免策略.实验验证表明该方法可以在原有刀位轨迹不变的基础上较好地消除奇异问题,提高加工质量,同时也可推广到同类结构相似的机床上用于消除奇异问题,具有较大的理论意义和应用价值.

摘要： 针对由离散刀位点数据生成的五轴加工等距双NURBS刀具路径中两条NURBS曲线参数不同步的问题,建立一种等距双NURBS曲线参数同步模型,解决等距双NURBS刀具路径插补过程中两条NURBS曲线参数不同步问题.首先将三轴NURBS曲线插补算法应用于五轴加工等距双NURBS刀具路径中的刀具中心点NURBS曲线,然后根据参数同步模型将插补算法同步到刀轴点NURBS曲线中.MATLAB仿真表明所提模型可将三轴NURBS曲线插补算法推广到五轴加工等距双NURBS刀具路径的插补中,还可根据需要设计满足不同精度要求的等距双NURBS曲线.

摘要： 针对由离散刀位点数据生成的五轴加工等距双NURBS刀具路径中两条NURBS曲线参数不同步的问题,建立一种等距双NURBS曲线参数同步模型,解决等距双NURBS刀具路径插补过程中两条NURBS曲线参数不同步问题.首先将三轴NURBS曲线插补算法应用于五轴加工等距双NURBS刀具路径中的刀具中心点NURBS曲线,然后根据参数同步模型将插补算法同步到刀轴点NURBS曲线中.MATLAB仿真表明所提模型可将三轴NURBS曲线插补算法推广到五轴加工等距双NURBS刀具路径的插补中,还可根据需要设计满足不同精度要求的等距双NURBS曲线.

摘要： 针对由离散刀位点数据生成的五轴加工等距双NURBS刀具路径中两条NURBS曲线参数不同步的问题,建立一种等距双NURBS曲线参数同步模型,解决等距双NURBS刀具路径插补过程中两条NURBS曲线参数不同步问题.首先将三轴NURBS曲线插补算法应用于五轴加工等距双NURBS刀具路径中的刀具中心点NURBS曲线,然后根据参数同步模型将插补算法同步到刀轴点NURBS曲线中.MATLAB仿真表明所提模型可将三轴NURBS曲线插补算法推广到五轴加工等距双NURBS刀具路径的插补中,还可根据需要设计满足不同精度要求的等距双NURBS曲线.

摘要： 针对由离散刀位点数据生成的五轴加工等距双NURBS刀具路径中两条NURBS曲线参数不同步的问题,建立一种等距双NURBS曲线参数同步模型,解决等距双NURBS刀具路径插补过程中两条NURBS曲线参数不同步问题.首先将三轴NURBS曲线插补算法应用于五轴加工等距双NURBS刀具路径中的刀具中心点NURBS曲线,然后根据参数同步模型将插补算法同步到刀轴点NURBS曲线中.MATLAB仿真表明所提模型可将三轴NURBS曲线插补算法推广到五轴加工等距双NURBS刀具路径的插补中,还可根据需要设计满足不同精度要求的等距双NURBS曲线.

摘要： 一种整体叶轮叶片部分五轴联动变轴插铣数控加工方法，按以下步骤进行：1)将零件待加工的空间自由曲面拆分成多个待加工区域；2)分析刀具加工过程中的受力情况；3）选择合适的插铣刀；4）规划加工路线；5）生成数控刀具轨迹；6）数控程序仿真；7）编辑数控程序；8）加工零件；其特点是采用五轴联动变轴插铣方式，提高了整体叶轮粗开槽去除大余量加工效率，解决了自由曲面固定轴插铣后，其叶片表面残余余量不均匀，需采用球形铣刀进行光整处理的加工难题；本发明可用于轴流式整体叶轮、整体叶环等复杂自由曲面结构类需去除大余量零件的五轴数控铣加工及离心式整体叶轮、模具加工等简单自由曲面结构类零件的多轴数控铣加工。

摘要： 本发明公开了一种可切换三至五轴模式的五轴五联动数控系统，该数控系统包括可以同时切换的XY平台切换模式和三轴、四轴、五轴切换模式，这两个切换模式的结合使得数控系统能够实现六种模式。采用上述数控系统的三轴三联动数控机床可以实现四轴四联动和五轴五联动的功能，还能够通过XY平台的切换以实现陶瓷和玻璃的高速精密切削。

摘要： 本发明公开了一种双转台五轴数控机床虚拟装配和数控加工仿真方法，而提供一种能够在保证仿真正确性前提下提高仿真效率的仿真方法。建模：对机床各运动部件、机床床身、数控加工中所需毛坯和夹具进行三维建模；利用Pro/E三维平台根据运动关系连接机床各运动部件、机床床身进行虚拟装配；虚拟仿真机床运行；基于同一坐标系输出STL格式的各个组件模型；创建双转台五轴数控机床虚拟模型：在VERICUT中建立模型树，模型组件顺序为：机床床身Base—Y轴—X轴—A轴—C轴—夹具—毛坯和机床床身Base—Z轴—主轴—刀具两条分支；利用Pro/E所输出的STL组件模型直接导入到VERICUT中相应部件下，即创建了双转台五轴数控机床虚拟模型；运行数控加工仿真。

摘要： 本发明涉及一种代替五轴联动的四轴联动数控刀具加工磨床，所述磨床包括机械系统、气动系统、磨削油冷却系统、电气或液压系统以及电控箱，所述机械系统包括设置于底座上的直线轴滑台和旋转轴滑台，所述直线轴滑台由第一滑台、第二滑台以及竖直滑台组成，在所述竖直滑台上沿水平方向设有一个第一电主轴，该第一电主轴上设有主磨头，在所述竖直滑台上沿竖直方向设有一个第二电主轴，该第二电主轴上设有砂轮磨头。该四轴联动CNC工具磨床制造容易，软件及控制系统配套方便，设备效率高、所制造产品质量不低于国外设备的水平、成本低、操作简单，节约能源。

摘要： 一种整体叶轮叶片部分五轴联动变轴插铣数控加工方法，按以下步骤进行：1)将零件待加工的空间自由曲面拆分成多个待加工区域；2)分析刀具加工过程中的受力情况；3）选择合适的插铣刀；4）规划加工路线；5）生成数控刀具轨迹；6）数控程序仿真；7）编辑数控程序；8）加工零件；其特点是采用五轴联动变轴插铣方式，提高了整体叶轮粗开槽去除大余量加工效率，解决了自由曲面固定轴插铣后，其叶片表面残余余量不均匀，需采用球形铣刀进行光整处理的加工难题；本发明可用于轴流式整体叶轮、整体叶环等复杂自由曲面结构类需去除大余量零件的五轴数控铣加工及离心式整体叶轮、模具加工等简单自由曲面结构类零件的多轴数控铣加工。

摘要： 本实用新型公开了一种用于五轴联动数控铣削加工的AB轴组合式数控双轴转台，属于航空材料加工设备领域。包括旋转轴单元、摆动轴单元、底座、托架；所述摆动轴单元固定在所述底座上；所述托架固定在所述摆动轴单元；所述底座上固定在机床工作台上；所述托架固定在所述摆动轴单元；所述旋转轴单元固定在所述托架的一端；还包括支撑体、立式力矩电机、温度传感器、位置精度控制传感器、冷却水箱。本实用新型公开的用于五轴联动数控铣削加工的AB轴组合式数控双轴转台，通过设置的温度传感器、位置精度控制传感器、冷却水箱；不仅使得设备加工精度高，而且还能有效的控制设备工作过程中的温度，从而保护设备。

摘要： 一种用于五轴联动数控铣削加工的AB轴组合式数控双轴转台，其特征是它主要由旋转轴单元（1）、摆动轴单元（2）、底座（3）、托架（4）、平衡块（5）和顶针座（6）组成，底座（3）安装在机床工作台上，摆动轴单元（2）安装在底座（3）上，托架（4）安装在摆动轴单元（2）上，旋转轴单元（1）安装在托架（4）的一端上，平衡块（5）与顶针座（6）安装在托架（4）的另一端上。本实用新型可作为通用机床附件，在三轴数控铣床上完成五轴联动加工，具有转台组合灵活、可加工工件的尺寸范围大、成本低等优点。

摘要： 本实用新型公开了一种可切换三至五轴模式的五轴五联动数控系统，该数控系统包括可以同时切换的XY平台切换模式和三轴、四轴、五轴切换模式，这两个切换模式的结合使得数控系统能够实现六种模式。采用上述数控系统的三轴三联动数控机床可以实现四轴四联动和五轴五联动的功能，还能够通过XY平台的切换以实现陶瓷和玻璃的高速精密切削。

摘要： 本实用新型公开了一种数控龙门五轴联动加工中心用的数控终端，具体涉及机械加工领域，包括底座，底座的顶部固定安装有支撑架，支撑架的顶部固定安装有气缸，气缸的伸缩端固定安装有主轴箱，底座的顶部固定安装有工作台，支撑架的内侧固定安装有定位机构，底座的内部固定安装有储水箱，储水箱的内部固定安装有水泵，水泵的一侧固定连接有主水管。上述方案中，定位机构达到提高对管状工件定位效果的作用，通过启动两组电动推杆，通过两个夹板夹持固定管状工件，同时使得缓冲弹簧保持压缩状态，利用缓冲弹簧的弹力能够使得夹板的弧形内壁与管状工件的外壁之间始终处于贴合状态，从而大大提高了对管状工件的定位效果。

摘要： 本实用新型涉及一种代替五轴联动的四轴联动数控刀具加工磨床，所述磨床包括机械系统、气动系统、磨削油冷却系统、电气或液压系统以及电控箱，所述机械系统包括设置于底座上的直线轴滑台和旋转轴滑台，所述直线轴滑台由第一滑台、第二滑台以及竖直滑台组成，在所述竖直滑台上沿水平方向设有一个第一电主轴，该第一电主轴上设有主磨头，在所述竖直滑台上沿竖直方向设有一个第二电主轴，该第二电主轴上设有砂轮磨头。该四轴联动CNC工具磨床制造容易，软件及控制系统配套方便，设备效率高、所制造产品质量不低于国外设备的水平、成本低、操作简单，节约能源。