8f轮实体造型与五坐标数控加工技术研究

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叶轮产品的五坐标数控加工技术研究

作者简介：自￣；１７－）男。沈（９１，四川资阳人。士。硕主要研究方向为计算机图形学、模具设计与制造、ＡＤ／Ａ、ＣＣＭ数控编程与
加工。
ａａｙｉｕｉｇＭＳＭａｃｓｆｗａｅｉｓｒｃｅｒｄｃｉｎｒａｉｙａｃｒｉｇｔｈｅｕｔｏｉｌｔｓａａｙｉ，ｎｌｓｓｓｎＣ．ｒｏｔｒｎｔｕｔｄｐｏｕｔｏｅｌｃｏｄｎＯｔｅｒｓｌｆｓｍｕａｅｎｌｓｓｔａｄｅｈｎｅｈｃｅｔｆｅｅｆｐａｔｒｃｓｉｇｐｏｅｓｏ．ｎｎａｃｄｔｅｓｉｎｉｃｌｖｌｌｓｉｐｏｅｓｎｒｆｓｉｎｉｏｃＫｅｒｓｆｉｌｍｅｔｐａｔｒｃｓｉｇ；ｉｌｔｎ；ａｃｙｗｏｄ：ｉｔｅｅｎ；ｌｓｉｐｏｅｓｎｓｍｕａｉＭｒｎｅｃｏ
状特征明显，作型面的设计涉及一。文基于ＵＧ软件系统，究了值。我们对此叶轮的曲面特征进行工本研
到空气动力学、流体力学等多个学叶轮的造型特点和使用ＵＧＡＣＭ了分析，并在已知数据的基础上，对科，因此曲面的加工手段、工精度五坐标编程系统对整体式叶轮进行其构型方法进行了研究。对具有实加
维普资讯
第２卷第１４期２０年３０６月
轻Ｉ机掇
ＬＩ￣ｔＩｄｕｔｙＭａｈｎｒ＃ｎｓｒｃｉｅｙ

基于UGNX4软件的轮胎模具基模五轴数控加工计算机辅助设计与辅助制造技术应用

ｊｃ（和ｙ等弧长）ｅｔＸ命令向胎顶曲面投射；（）用Ｅｘｅｓｎ命令把投射完的花纹沟曲５ｔｎｉｏ
线设计成与胎面成要求角度的直纹面；（）运用Ｓｅｔ６ｗｐ命令制作花纹拐角处直角或
圆角造型；
（）顶曲线应设计成３阶Ｂ样条曲线，１胎以便生成满足加工精度的胎顶曲面；（）２只设计各单节距造型；
模具基模的ＣＤ／ＡＭ基本环境为：０套ＵＧＡＣ１
刀具轨迹
＾＿＿－＿＿●＿＿＿＾＿＿＿●＾＾＿＿＿＾－＿＿＿＿●＿＿＿＿一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
Ｎｘ４口操作力工
工坐标
ｌ刀具选择ＩＩ切削参数ｌｌ加工方法
沟底部刀具轨迹，图５示。如所
给速度、加工行距（留高度）残和加工余量等。一
般在选择这些参数时，据基模材料（氨酯树根聚
脂）既要考虑零件的加工精度，又要考虑机床的加
工效率。加工基模一般采用下述参数：
设计一侧造型；
—
按上述步骤设计出的某花纹各单节距造型如
图４所示。
（）孔、线特征不造型。７气划
Ｉ
Ｉ
３基模的数控加工过程
编制数控程序的关键是对加工操作模板４个父节点［工坐标系、具、削参数及加工方法加刀切（加工／精加工／ａ３）的设置。粗半精ｎ２］

五轴加工中心加工复杂零件案例分析

Research and Exploration |研究与探索.探讨与创新五轴加工中心加工复杂零件案例分析吴卫江(广东省核工业华南高级技工学校，广东韶关512026)摘要：对五轴加工进行概述，分析了其在复杂零件加工中的优势，并以小轿车模型为例，分析了五轴数控加工技术的实际应用及效果。

关键词：五轴数控加工；小轿车；优势中图分类号：TG547 文献标识码：A文章编号：1671-0711 (2017) 01 (下）-0182-021五轴加工概述当前，随着自动化技术的发展，数控机床已经成为当代制造业的主要设备，数控技术是提高制造水平的保障，传统的加工技术正在逐渐被数控技术替代，数据技术已经成为一个国家先进制造业的保障。

五轴联动加工中心则是当前数控机床的最高水平，但是由于制造业的发展水平有限，我国的高端数控加工设备和先进发达国家相比还有差距。

因此，在多轴联动加工软件平台和数据库开发方面，需要进一步进行研发。

和传统的三轴加工技术相比，五轴加工技术对零件进行加工时，采用机床5个坐标轴，分别为X、Y、Z3个坐标轴和任意2个旋转轴。

其中，绕X、Y、Z的旋转轴分别称为A、B、C轴，其余为A、B、C中的任意2个自由度。

五轴数控加工主要应用在轮船、水电水利、航空航天等高端产品的核心部件制造，其应用非常广泛，比如制造水利水电设备中的发电机转子，汽车发动机中的涡轮及模具，这些核心部件对产品的质量和性能直接产生影响。

当前，西方装备制造业较发达，五轴联动加工中心的应用已经十分广泛，并且加工精度也越来越高，因此，为了提高我国的制造业加工水平，开展五轴加工技术的研究十分重要。

2五轴加工复杂零件优势在复杂零件加工过程中，五轴加工具有以下优势：（1)采用五轴加工技术通过一次装夹零件可以完成零件的大部分加工，缩短了加工时间和零件制造周期，并且降低了工作人员的工作量。

（2)在复杂零件加工过程中，利用刀具的旋转实现零件的切削，由于采用不同的切削原理、刀具与被加工工件的接触角度不相同，导致工件的加工质量和切削结果也不相同。

数控五坐标加工中心机床调试技术

数控五坐标加工中心机床调试技术摘要：通过对典型数控五坐标加工中心机床的电气和机械调试技术进行总结，讲述了数控机床的整机调试过程，从机床的调试顺序、机床精度检测、调试过程中机床故障的分析和解决等方面，介绍五坐标数控机床整机调试的原理和方法。

关键词：数控机床整机调试机床精度故障分析1.引言数控五坐标加工中心机床是数控机床中较为复杂的一类机床，机床的精度要求很高，当机床出现大修、搬迁、初调等情况时，都要对机床进行整机调试，以保证机床的加工精度。

但有些机床并无通用性的机械、电气调试流程。

在此以意大利蓝堡蒂公司生产的五坐标立式加工中心-RAMMATIC1201机床为例，通过总结多人的维修实践经验，简述蓝宝蒂机床整机调试方法。

此机床采用西门子840D控制系统，机械主轴最高转速6000RPM，，工作台为4500*1250，A、B坐标轴最大行程± 30°，可实现五轴联动，由于机床结构复杂，定义了大量的系统参数、伺服参数和用户参数，PLC程序繁琐，给机床的维护维修和调试带来很大难度。

2.蓝堡蒂机床电气调试技术2.1通电前机床电气检查CNC控制箱检查：检查各类模块的插头、插座、总线、母线是否松动、脱落。

接线质量检查：检查各类接线端子，每个端子都要用工具紧固一次。

电磁阀检查：各类电磁阀都要用手推动数次，以防止长时间不通电造成的动作不良，如发现异常应做好记录，以备通电后确认修理或更换。

限位开关检查：检查开关位置和接线方式，电缆外皮是否正常。

接地线检查：要求有良好的地线，测量机床地线，接地电阻不能大于1Ω电源相序检查：用相序表检查输入电源的相序，确认输入电源的相序与机床上各处标定的电源相序应绝对一致。

2.2 机床总电压的接通在通电前将电器柜内所有的安全保护空气开关处于断开状态，然后接通机床总电源，检查进线380V电源是否正常，接下来一步一步推上各级空开，直至机床全部上电，如果出现异常，按照机床电气图纸查找被控制元件，分析故障原因，查找故障源头。

五轴加工编程技术分析与实践研究

1 刀具 D6R3 钨钢加长立铣刀
2 切削方法
叶片精加工
3 刀轴
自动
4 深度模式从包覆插补至轮毂
5 残余高度
0.003
6 余量
0.05mm
0.0mm
7 主轴转速 10000rpm 15000rpm
8 进给率 400mmpa 400mmpa
4 叶轮的轮毂半精与精加工叶轮的轮毂是一个变化较大的曲面，轮毂曲面要求与叶
叶轮的精度比较高，选择五轴加工中心一次装夹中完成整个叶轮的粗精加工。以工件的顶面圆心点为工件的编程原点。材料为锻铝合金，应用 UG 编程软件，叶轮的外型粗、精加工编程时可选择型腔铣定轴加工，编程设置的参数如表 1。
表1
叶轮外型粗 / 序号名称外型粗加工参数外型精加工参数
精加工示意图
1 刀具 D12 钨钢立铣刀 D6R3 钨钢立铣刀
2 切削方式跟随周边铣
曲面驱动
3 刀轴
+ZM 轴
+ZM 轴
4 每刀切削量 0.5mm
0.08mm
5 步距刀具直径 75% 刀具直径 20%
6 余量
0.3mm
0.0mm
7 主轴转速 5000rpm
9000rpm
8 进给率
2000mmpa
800mmpa
2 叶轮的叶片粗加工叶轮的叶片复杂曲面造型，不但造型难度较大，在切削
片相似，因此，该曲面需经过半精与精加工完成达到要求，在 UG 软件编程时可以直接选用轮毂精加工方式，编程设置的参数如表 4 所示。 5 叶轮的圆角精加工
叶轮的圆角精加工采用五轴联动加工，在 UG 软件编程时可以选用可变轮廓铣加工方式，编程设置的参数如表 5 所示。 6 叶轮的轴承孔粗、精加工

大型雕塑曲面零件五轴联动数控加工技术

●■
圈５加工刀具
四五轴数控加工刀位计算和仿真
雕塑曲面零件的五轴联动数控加工刀位计算方式在ＣＡＭＡＮＤ软件中有ＩＴＥ（ＮＲＰ插值）、ＮＯＲ— ＭＡＬ法向）ＩＴ（（、ＴＬ倾斜）ＴＮＧＯ（向）和Ｔ切等多种方式，但对于大型雕塑曲面零件，最常用的是Ｔ￣式来加工，这种加工方式加工时的刀具轴和ｍＴ－
六结束语
大型雕塑曲而零件的五轴联动加工技术可有效解决这娄零件加工精度和加工敬率之间的矛盾，
田７某雕塑曲面的五岛加工刀住
这种技术涉及到汁算机辅助三维曲面造型，计算机辅助制造及机臧加工工艺技术等多学科综合技术。笔
铣刀，特别适台雕塑曲面零件的半精加工和精加工；
Ｋｎａｔｌ司的２０２１ｅｎｍｅａ公２／２系列刀具具有耐冲击和刚性好等优点，适台粗加工快速大吃刀量加工，图
５示的￣Ｓｎｖｋ所ａｄｉ和Ｋｅｎｍｅｌ司的刀具图片。ｎａｔ￣ａ
切削点曲面法矢成一定的前后倾角（ａＬｅｄ／ＬｇａＡｎｌ）ｇｅ或侧倾角（ｉｈ／ｅｔＡｇｅ，图６ＲｇｔＬｆｎｌ）所示的是ｎＬＴ方式刀轴示意图。
ｇ工为指导思想。如今，有的厂家也有另一种工艺方
８式。对于无确定基准的大型雕塑曲面，将其直接自由
选择刀具的直径应根据雕塑曲面零件的曲率大小来确定，原则是刀具半径应该小于雕塑曲面凹曲面的最小曲率半径，但也不宜太小，否则将使加工效率降低。对于曲率半径变化太大的雕塑曲面零件，也可把整个零件划分成不同区域，选择不同直径的刀具，提高加工效率。

数控加工中心五轴复杂曲面零件加工技术研究及加工精度控制

数控加工中心五轴复杂曲面零件加工技术研究及加工精度控制摘要：随着社会经济的不断发展，各行各业对产品制造精度的要求越来越高。

而数控加工中心是一种高效率、高精度、多功能的加工设备，已成为现代制造业必不可少的工具。

为了满足现代制造业对于高精度、高效率及多样化的加工需求，数控加工中心五轴复杂曲面零件加工技术得到广泛关注。

本文研究该领域中的加工过程和加工精度控制，并提出一种基于机器学习的方法用于优化加工参数，显著地提高了加工效率和精度。

关键词：数控加工中心；五轴复杂曲面；加工技术；精度控制；机器学习一、数控加工中心和五轴复杂曲面零件的特点和加工难点数控加工中心和五轴复杂曲面零件是现代制造业中的重要设备和关键部件。

数控加工中心以其高效、高精度和多功能等特点，成为现代制造业不可或缺的加工工具，而五轴复杂曲面零件则由于其异常复杂的形状和表面几何变化，难以通过常规方式进行加工，因此充满挑战性，也因此引起了广泛的关注。

在加工过程中，数控加工中心一般采用立式刀库，能够根据需要调整角度和位置，实现多种加工操作。

五轴复杂曲面零件的特点则在于它们所具有的极端复杂的几何形状和表面设计，包括向外突出的棱和边、开口孔和内部各种壁面，而这些都需要经过精密的加工才能达到标准。

然而，在面对加工复杂曲面零件时，存在着以下几大加工难点：几何参数测量：针对五轴复杂曲面零件，必须完全了解这样一个元件形状中的复杂性质并产生命令来摆放该物体进行加工；工具路径规划：为了处理复杂曲面上的不同加工区域，需要寻找合适的、高效率的轨迹以用来掌控工件在加工期间机器终端上的运动；剪力和热源问题：五轴复杂曲面零件的特殊形态给剪力和热源性能带来了挑战。

较大的压力会导致断屑、撕裂，并影响表面质量；同时温度过高也会导致损坏。

加工精度控制：由于其表面几何变化比较大，需要高精度的控制方案才能够确保正常完成任务。

二、数控加工中心和五轴复杂曲面零件在现代制造业中的重要性数控加工中心和五轴复杂曲面零件在现代制造业中具有极为重要的地位。

新型八轴五联动数控磨削

1997年12月第18卷第6期东北大学学报(自然科学版)Journal of No rtheastern University(Natural Science)Dec.1997Vol.18,No.6新型八轴五联动数控磨削郭　非①　王启义②(东北大学机械工程与自动化学院,沈阳　110006) 李　宝　吴文江(中科院沈阳计算所,沈阳　110003)摘　要　结合自行开发的我国首台八轴五联动数控工具磨床,阐述研制的SS-8540CNC系统的配置及用于多轴联动精密加工的特点.分析了多轴联动磨削复杂曲面时,机床、砂轮与工件之间的运动关系,应用齐次方程建立机床坐标系统.以球头铣刀为例,讨论了五轴联动磨削球面等螺旋角刀刃的刃磨路径生成方法.建立了加工复杂刀具曲面的CAM运动学模型.关键词　八轴五联动数控,工具磨床,CA M.分类号　T H164随着现代制造技术的飞速发展,对高精度特型刀具的品种和数量的要求越来越大.但是由于这类刀具刃形复杂,采用普通工具磨床和传统工艺方法来制造很难实现.为解决此类刀具的制造困难,某些国家研制了多轴联动数控工具磨床以及与之相适应的自动编程系统[1].我国已开始这方面的研究工作[2].新开发出SS-8540CNC高档数控系统,并配置于YK-010型八轴五联动数控工具磨床上.研制数控多轴磨削自动编程系统是急需解决的问题.其关键技术是分析机床、砂轮及被加工曲面之间的运动关系,找到磨削复杂曲面时砂轮路径生成方法,控制加工过程中砂轮的位置和方向.本文以典型刀具磨削为例,建立了五轴联动磨削复杂刀具曲面的数控加工模型.1　八轴五联动数控工具磨床1.1　机床机械运动结构机床应选用几个坐标轴,采用哪几个轴联动,这是机床运动学考虑的主要问题.由加工对象及加工方法分析,该机床采用8个数控坐标轴,见图1.其中3个轴为砂轮运动轴,5个轴为刀具(工件)运动轴.其运动原理可满足任意刀具的磨削运动要求.1.2　数控系统该机床的控制与驱动部分选用了中科院沈阳计算所开发的SS-8540高档数控系统和美国AEG公司的交流伺服系统.数控系统的突出特点是具有丰富的插补和补偿功能,适用于精密加工,能实现多轴(最多16+1个主轴)和多过程(最多5个)控制.该系统的主要特点有:1996-10-07收到. ①男,43,副教授,博士研究生;②男,58,教授,博士生导师.辽宁省自然科学基金资助项目(编号:205041).图1　八轴数控工具磨床·软、硬件皆采用了可配置的模块化结构设计,组态方便;·友好的人机界面,中文菜单提示,全屏幕编辑功能;·实现了多种插补算法功能:任一空间直线插补,平面圆弧插补,螺旋线插补和渐开线插补;·多种补偿功能:基本长度补偿,砂轮半径补偿,反向间隙补偿,螺距误差补偿;·内装PLC 及实时监控功能;·较强的通讯与网络功能;·丰富的编程语言(几何编程,参数编程,高级语言编程等).系统采用多CPU 的共享总线结构,可实现多过程与多轴控制,现在实现的是同时控制八轴及任意五轴联动.系统可采用DNC 管理.并可对加工过程进行加载和卸载.系统的配置原理如图2所示.经联机的机床已经过运行,取得了预期的效果.图2　SS -8540CN C 系统结构2　机床运动坐标系的建立在数控工具磨床上磨削复杂刀具时,需要多轴联动控制加工,编程复杂烦琐,手工编程难以实现.因此,需研制开发专用的磨削软件(Grinding -Specific Software ),在计算机上采用交互图形方式完成自动编程.用该CNC 工具磨床刃磨刀具时,需建立3个坐标系[3,4],如图3所示.机床坐标系[O M ,663第6期郭　非等:新型八轴五联动数控磨削图3　机床坐标系统X M ,Y M ,Z M ],固定在机床上,是一个固定坐标系,用于计算刃磨过程中砂轮的中心运动轨迹.工件坐标系[O W ,X W ,YW,Z W ],固定在工件上,X W 轴与工件轴线重合,该坐标随工件一起运动,用于描述被磨刀具刀刃的几何形状.局部活动坐标系[O L ,X L ,Y L ,Z L ],相当于微分几何学中的Frenet 标架,其原点O L 可沿刀刃曲线移动,X L 轴为刀刃曲线在O L 点的切向量,Y 轴为刀刃曲线在O L 点的法向量,Z L 轴为刀刃曲线在O L 点的副法向量,该坐标采用于确定砂轮相对加工部位的位置.3　坐标变换在磨削过程中,确定砂轮运动轨迹时,坐标之间存在变换关系.局部活动坐标系X L ,Y L ,Z L 轴的单位向量 t , n , b 在工件坐标系[O W ,X W ,Y W ,Z W ]中的分量分别为t =t x wt ywt zw n =n xwn y w n z w 动磨杂 b =b x wb yw b zw考虑O L 点在工件坐标系中的坐标为X wo ,Y wo ,Z wo .对于一个具体定义在局部活动坐标系[O L ,X L ,Y L ,Z L ]中的向量[X l ,Y l ,Z l ]利用下式可变换到工件坐标系中.X wY w Z w 1教授=t xwn x w b xw x wo t y wn yw b y w y wo t zw n zw b z w z wo 01先等X l Y l Z l 17～(1)该磨床沿3个直线运动轴的2个有角运动.在磨削过程中,工件坐标系沿机床坐标系旋转A ′轴的转角为αm ,同时沿旋转轴B ′轴的转角为βm ,如图3所示.原点O W 在机床坐标系的坐标为(X m 0,Y m 0,Z m 0).工件坐标系的坐标点(X w ,Y w ,Z w )可转换到机床坐标系[O M ,X M ,Y M ,Z M ]中,变换关系为X mY m Z m 1of pr =cos βm cos αm sin βm cos αm sin βm X m 00cos αm-sin αmY m 0-sin βmsin αm cos βmcos αm cos βmZ m 001学报X w Y w Z w 1m(2)4　砂轮的运动轨迹和后置处理刃磨时砂轮的运动轨迹,是指砂轮端面回转中心O g ,简称砂轮中心,相对机床坐标系的运动轨迹.球头铣刀的球头部分的刀刃是球面等螺旋角螺旋线,其方程是已知的,在工件坐标系中可用一般曲线表示如下:r =[X w (θ),Y w (θ),Z w (θ)]664东北大学学报(自然科学版) 第18卷图4　球头铣刀的法截面当采用锥面砂轮刃磨刀具前刀面时,如图4所示.局部活动坐标系的单位向量 t , n , b 在工件坐标系中的分量由下式求得:t =r ′| r ′| n = r ″| r ″|b = t × n一(3)式中, r ′=[X w ′(θ),Y w ′(θ),Z w ′(θ)], r ′ =(X w ′)2+(Y w ′)2+(Z w ′)2.砂轮中心在局部活动坐标系中的位置,如图4所示.在砂轮锥面刃磨前角的法截面上,砂轮中心O g ,半径为r g ,砂轮锥面与端面夹角为θ,刀具法向前角为γn ,刀具槽深为h 0,Δ为考虑刃磨时,在法截面上砂轮轮廓形不应与前刀面完全重合,如廓形要进行修正,近似修正量为Δ.砂轮中心位置可表示为X l =0Y l =r g cos (θ+γn -Δ)-h 0Z l =r g sin (θ+γn -Δ)-h 0tg γn(4)砂轮轴线的单位向量 S 在局部活动坐标系各轴上的分量为S xl =0S yl =sin (θ+γn -Δ)S zl =-cos (θ+γn -Δ)(5)S x l ,S yl ,S zl 在工件坐标系中的分量为S x wS yw S zw 1教=t x wn xw b x w 0t ywn y w b yw 0t zwn z wb zw0001zS xl S y l S z l1(6)将式(3)及式(4)代入式(1)中得出砂轮中心O g 在工件坐标系中的坐标(X w ,Y w ,Z w ).由此得到磨削中,砂轮中心在工件坐标系中的轨迹(X w ,Y w ,Z w ,S x w ,S y w ,S zw ).后置处理是刀位文件转换成数控机床可执行的程序的过程.在这里刀位的给出形式为砂轮中心坐标和轮轴向量(X w ,Y w ,Z w ,S x w ,S yw ,S zw ),在后置处理中需要将它们转换为机床的运动坐标,即求机床坐标系中的5个坐标参数(X m ,Y m ,Z m ,αm ,βm ).由式(2)可求出机床坐标系中的(X m ,Y m ,Z m ).式(6)确定了砂轮轴向量 S 与工件坐标系的相对位置,此刻砂轮轴线相对机床坐标系的Z m 轴是倾斜的,但实际刃磨时砂轮轴线与Z m 轴是平行的.因此需将砂轮轴连同工件坐标系一同绕X M 轴转αm 角,绕Y M 轴转βm 角,分别为αm =tg -1S x mS zm665第6期郭　非等:新型八轴五联动数控磨削βm=tg-1S xmS2y m+S2zm+k×180°(7)式中,k=0,±1,±2.因此磨削球头等螺旋角铣刀沟槽需5个参数(X m,Y m,Z m,αm,βm)来完成,即用5个坐标轴(U′,Y′,W′,A′,B′)m联动来实现.以上式(1)～(7)可做为五轴联动数控磨床CAM运动学模型.用于多轴联动磨削的自动编程系统软件中和CAD/CAM集成系统中.5　结论(1)自行研制的SS-8540高档数控系统在首台多轴精密加工机床上的应用获得成功. CNC系统的配置和性能满足了多轴联动精密机床的要求,运行效果良好.(2)复杂曲面多轴联动磨削路径生成模型,可通过求解局部活动坐标系中砂轮中心位置和轮轴向量在机床坐标系的表示来实现.(3)采用砂轮锥面加工等螺旋角球头铣刀复杂刀刃曲面,磨削运动轨迹需用五轴联动来完成.参考文献1沈秀连.80年代国外工具刃磨床基本情况.磨床与磨削,1994(2):12～182肖金陵,周云飞,李作清,等.球头立铣刀的数控刃磨加工.工具技术,1995(6):17～203Lee Yuanshin.Automatic Pl anning and Programming for Five-Axis Sculptu red Surface M achining:〔Ph D Thesis〕.W est Lafayette:Purdue University,1993.6～134S rivastave A K.M odelling geometric and thermal errors in a five-axis CNC machine tool.Int J M ach Tools M anufact,1995, 35(9):1321～1337Kinematic Model for a New Type of Eight-Axis CNC Tool and Cutter Grinder with Five-Axis Simutaneous ControlGuo Fei,Wang Qiyi,L i Bao,Wu WenjiangABSTRAC T　T his paper presents the features of the CNC system developed by our institute fo r multi-axis precision machining.O n the basis of the characteristics of five-ax is simultaneous movement,the relationship between the g rinder and the grinding w heel and the workpiece is analyzed.Kinematics of multi-axis control grinder fo r a complex surface machining is discussed in detail.Taking a ball-end mill fo r ex ample,grinding paths of equal helical ang le cutting edges on the spherical surface is given by a mathematical analysis.T he CAM kinematic model fo r g rinding a complex cutting tool surface is established.KEY W ORDS　CNC,g rinding,CAM.(Received October7,1996) 666东北大学学报(自然科学版) 第18卷。

浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术

叶轮数控加工仿真研究【Ｊ】．陕西国防工
业职业技术学院学报，２０１ｌ，２１（２）：４５－
４７．
工程序都应经过分度和旋转，且在轮毂和
可能存在一些不需要的拐点，即出现不光叶片没有全部加工完时，不应进入下一个【４】阎长罡，贾国高．基于ＵＧＮＸ４．Ｏ的整体
行于气流通道的方向进行走刀。具体加工
比较完美地完成对整体叶轮的三维造型。应用ｕＧ软件对整体叶轮进行五轴加工的
／ＣＡＭ软件，在的中间位置设置开槽加工槽，铣刀应沿平但它作为一款通用的ＣＡＤ
迹生成研究【Ｄ】．哈尔滨工程大学硕士学位论文，２０ｌ２．
【３】李俊涛，吴让利．基于ＵＧＮＸ６．０的整体
．
维造型工作（如图２所示）。２．５光顺曲线实际工作中，生成叶片的曲线和曲面
工业技术
建议采用第二种方式。２．４建立整体叶轮在完成单个叶片和轮毂的造型后，我
们要建立整个叶轮的ＣＡＤ模型，建立步骤如下：（１）因为叶片是沿圆周均布的，所以需要根据叶片的数量确定叶片沿圆周分布的
３叶轮的五轴数控加工流程
（１）锻压毛坯：毛坯采用高强度的锻压

五轴数控铣削加工图形仿真技术

Float Zin Float Zout
Dexel
Vector in Normal VectoNT in Color UINT out Color
图2
x , y 平面内, Dexel 单元分别按照刀具和毛坯的控制盒的大小组织成为二维数组, Z 方向上则按链表组织 Dexel 单元。尽可能的避免动态内存分配加快处理速度, 节约内存空间, 同时又方便查询具体每个 Dexel 单元的地址。给定一个标志: EMPTY= MAX FLT, 若 Zin= EMPTY, 则说明该 Dexel 单元为空, 跳过对该单元的处理。
样误差。
小, 很容易判定毛坯上材料被去除与否。切削算
Yunching Huang 等人取 E / R = 0. 2, 对应的法说明如下:
/ R 为 0. 04。
if( 刀具 Zin< 毛坯 Zin)
46
if( 刀具 Zout < 毛坯 Zin) 刀具遮挡毛坯, 显示刀具; else if( 刀具 Zout !毛坯 Zin) 刀具切削毛坯, 用刀具底面 Z 值以及颜色值更新毛坯相应数据, 显示刀具; else if( 刀具 Zin !毛坯 Zin) if( 刀具 Zin> 毛坯 Zout) 毛坯遮挡刀具, 显示毛坯; else if( 刀具 Zout< 毛坯 Zout) 刀具在毛坯内部切削, 在毛坯中插入一个新的 Dexel, 更新相应数据, 显示毛坯; else if( 刀具 Zout !毛坯 Zout) 刀具在毛坯后部切削, 用刀具顶面 Z 值及颜色值更新毛坯相应数据, 显示毛坯。为处理毛坯内部的空洞以及毛坯轮廓上的不可见凹坑, 可以将一条视线上的 Dexel 连接成链表。本文所采用的数据结构如下:

五轴联动加工技术数控加工技术

工艺要点－坐标系(1)
机床坐标系和坐标轴的命名：
1.用来描述和确定机床运动以及工件在机床上位置 2.理论上可随意定义 3. ISO对数控机床坐标轴的名称及其运动方向作了统一的规定
工艺要点－坐标系(2)
工件坐标系：
1.定义工件形状和刀具相对工件运动 2.与工件固联 3.右手笛卡尔坐标系 4. 原点任意，便于工件几何形状的描述。
五轴联动加工技术
第一节.五轴联动加工应用范围与工艺要点
1.1 五轴联动加工的应用范围及其特点 1.2 五轴联动加工的工艺要点
应用范围及其特点(1)
R2
n
m
R1 r
z
rm
y x
三坐标曲面加工原理
应用范围及其特点(1)
im
n
R2
a
p
R1
r rp
(90 )
z
x
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五坐标曲面加工原理
应用范围及其特点(2)
工艺要点－其它工艺问题（1）
加工工序的划分：
1.刀具集中分序法 2.粗、精加工分序法 3.按加工部位分序法
工艺要点－其它工艺问题（2）
工件装夹方式的确定： 1.尽量采用组合夹具 2.零件定位、夹紧的部位应考虑到不妨碍各部位的加工、更换刀具以及重要部位的测量。 3. 夹紧力应力求通过靠近主要支承点上或在支承点所组成的三角形内，应力求靠近切削部位，并作用在刚性较好的地方，以减小零件变形。 4.零件的装夹、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。
1.刀具与工件各具有一个转动运动
2.两个回转轴在空间的方向都是固定的
3.特点介于上述两类机床之间。
工艺要点－刀具类型及其工艺特点

浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术

浅谈基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术摘要:整体叶轮是能源动力、航空航天、石油化工等行业广泛使用的关键零件,也是一类典型的难加工零件。

本文以UG软件为背景,提出了一套从叶轮造型到应用五轴数控加工技术对其进行加工的数控加工方案,希望对叶轮的设计制造工作能够有所借鉴。

关键词:叶轮复杂曲面三维造型五轴数控加工叶轮是由复杂空间曲面构成的非常有代表性的典型零件,具有结构复杂、种类繁多、设计周期长、加工工作量大的特点,它可以被认作是很多机械的“心脏”,其造型质量和加工方案的选取将会对机械的使用性能和效率造成直接影响。

UG软件是西门子公司旗下的一个集CAD/CAM为一体的三维机械设计平台,它对曲面曲线的造型有着一套成熟完整的方法和理论体系,并且因为其还具有功能强大的加工制造模块,能够对已建立的叶轮CAD模型作加工工艺分析,并通过后处理程序直接生成加工代码,是同类软件中的佼佼者。

因此,本文采用UG 平台对叶轮的造型及加工技术进行分析。

1 叶轮的CAD/CAM系统方案为了保证整体叶轮的强度,使加工得到的叶面曲面误差较小,宜采用整体铣削加工的方法。

整体铣削加工的步骤为:(1)将锻压好的毛坯件车削成叶轮回转体的基本形状。

(2)用五轴数控加工中心在毛坯上一次性完成对轮毂和叶片的加工。

近年来,伴随着CAD/CAE/CAM一体化技术的发展以及五轴数控加工设备的普及,传统的依靠手工对叶轮进行加工的方法已经遭到淘汰,而采用CAD/CAM系统的叶轮整体加工方案已经得到了广泛地应用。

2 叶轮的三维造型2.1 叶片数据的获取现阶段获取叶片数据的方法主包括测量现成叶片和理论计算两种类型。

前者主要应用于逆向工程领域,一般是利用CMM(三坐标测量机)或激光扫描仪对现成叶轮进行测量,生成iges等通用格式的数据文件,然后将这些文件导入UG中进行模型建立;后者主要通过有限元分析和流体力学的原理来完成对叶片数据的计算。

本文的叶片数据是采用理论计算得到的。

基于hyperMILL软件的轮胎模具五轴联动数控编程与-加工技术

01序言轮胎模具是轮胎硫化成形装备中的重要组成部分，其型腔部分中的花纹块直接决定了轮胎的花纹形状，花纹形状直接影响到轮胎的使用性能。

目前主流半钢轮胎模具中花纹块的加工工艺主要有精密铸造和直雕两种，相比之下，直雕工艺加工周期短、精度高、表面质量好。

因此，国内越来越多的模具厂采用五轴高速直雕工艺来制造轮胎模具。

02轮胎模具工艺轮胎模具的花纹块多为8～12块，从客户来图开始，需要经过“3D造型→下料→五轴加工→钳修”等阶段。

通常客户来图包括轮胎截面轮廓图、轮胎花纹平面展开图（见图1）和花纹排布顺序图（见图2）。

花纹展开图一般由几个大小不同的基本节距组成，通常为3～5个节距，我们将这些基本节距定义为“P1、P2、P3……”，这些节距会在胎面上按照一定顺序旋转排列形成整圈花纹，整圈根据不同需要被分割成8～12个段块，通常我们用“SEG_1、SEG_2、SEG_3……”表示。

如图2所示，三个节距组合后，不同大小节距相间，错落有致，形成完整的轮胎花纹。

花筋尺寸有时需要由两个或两个以上的节距尺寸决定，称为组合节距，节距与节距之间存在一定关系，基本节距越多，出现的组合节距情况就越复杂。

面对复杂多变的节距排列，U G、PowerMILL等常规编程软件通常是对单节距进行编程，然后手动或通过二次开发，对单节距程序复制变换、裁剪刀路形成段块程序；对于组合节距类编程，则需要在段块中完成，这样每个段块都需要进行一次编程，此类编程方法工作量大，刀路复杂，刀路可能存在重复搭接，导致加工效率降低。

在hyperMILL中我们使用Tireclock对花纹排布顺序、组合方式进行定义，对单节距进行编程，并自动生成段块程序，简化编程过程，提高编程及加工效率。

图1 花纹展开图2 花纹排布顺序03花纹块编程先将客户提供的花纹展开图导入UG进行三维造型，然后将三维模型导入hyperMILL中对花纹块进行编程，详细步骤如图3所示。

将单节距模型导入hyperMILL中，依据节距排列顺序及段块分割角度创建整体模型；新建加工工单并设置加工坐标、刀具、加工参数、加工策略等，然后计算生成单节距刀具路径；根据排列模型生成段块刀具路径；使用hyperVIEW进行模拟仿真，若出现干涉可重新对单节距编程进行设置，没有出现则直接后处理生成NC代码，并导入机床开始加工。

五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用

五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用摘要：本文所涉及的数控加工系统是基于CATIAV5的功能模块建立的，通过对动龙门五轴联动的实体测量、建模、组装和整机模拟，实现数控加工过程的仿真。

同时根据本行业实际生产技术需要，结合VER- ICUTR软件零件切削过程仿真验证优势，建立CATIA与VERICUT两软件平台之间的宏联结，实现将机床运行数控程序过程中的过切、干涉、碰撞和欠切等错误消除在设讣阶段的U的，提高数控加工过程的可靠性。

LI前大型数控五轴联动在科研生产过程中，主要用于进行大型复杂航空零部件与工艺装备制造加工，因空间结构复杂，外形体积大，常出现零件首件过切，未加工到位，机床与零件或工装干涉，模锻件装夹定位不准确和加工超行程等问题，仅凭借数控编程技术人员个人经验，工作量庞大且复杂，难以克服。

针对五坐标数控加丄机床控制系统不具有数控加丄过程的动态模拟仿真功能，笔者结合虚拟制造技术，在计算机辅助制造软件(VERICUT 5. 4)平台基础上，开发了数控加工机床仿真系统模块。

该仿真系统可以在\C代码的驱动下运行，用以观察数控机床部件运动和零件的加工成形过程中空间运动状况，验证加工程序G 代码的正确性，防止实际加工过程中干涉和碰撞等故障发生。

该系统旨在以五坐标数控机床为验证工作机，研究FIDIA C20控制系统的驱动工作原理，建立数控加工中心仿真工作平台，进行典型回转曲轮轴和蒙皮锻金工艺装备五轴联动铳切的加工过程模拟。

涉及到仿真工作环境下的大型工艺装备装夹定位，确定数控参数库，模拟数控加工程序的运行过程等。

一、开发研究过程1.五坐标数控加工中心加工仿真系统技术研究比较同类型仿真系统现状，LI前技术能力可以建立儿何仿真系统，模拟计算刀具切削速度、切削量和切削时间等。

(1)软件系统研究方案制定与基础工作调试准备。

①方案制定：首先将VERICUT与CATIA软件功能模块测试验证联接;然后建立五轴联动数控加工中心机床结构与运动关系分析;最后生成五轴联动数控加工中心模拟系统。

复杂曲面零件数控加工的关键问题r——解读《复杂曲面零件五轴数控加工理论与技术》

复杂曲面零件数控加工的关键问题r——解读《复杂曲面零件五轴数控加工理论与技术》毕庆贞【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2018(029)014【总页数】6页(P1758-1763)【作者】毕庆贞【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海,200240【正文语种】中文1 五轴数控加工简介复杂曲面零件作为数字化制造的主要研究对象之一，在航空、航天、能源和国防等领域中有着广泛的应用，其制造水平代表着一个国家制造业的核心竞争力。

复杂曲面零件往往具有形状和结构复杂、质量要求高等难点，是五轴数控加工的典型研究对象。

当前，复杂曲面零件主要包括轮盘类零件、航空结构件以及火箭贮箱壁板等，如图1所示。

轮盘类零件是发动机完成对气体的压缩和膨胀的关键部件，主要包括整体叶盘类零件和叶片类零件。

整体叶盘类零件的叶展长、叶片薄且扭曲度大，叶片间的通道深且窄，开敞性差，零件材料多为钛合金、高温合金等难加工材料，因此零件加工制造困难。

叶片是一种特殊的零件，数量多、形状复杂、要求高、加工难度大且故障多发，一直以来都是各发动机厂生产的关键。

航空整体结构件由整块大型毛坯直接加工而成，在刚度、抗疲劳强度以及各种失稳临界值等方面均比铆接结构胜出一筹，但由于其具有尺寸大、材料去除率大、结构复杂、刚性差等缺点，因此加工后会产生弯扭组合等加工变形。

随着新一代大型运载火箭设计要求的提高，为保证火箭的可靠性，并减轻结构质量，提高有效载荷，对火箭贮箱壁板网格壁厚精度和根部圆弧过渡尺寸都提出了更严格的要求。

图1 复杂曲面零件五轴数控铣削加工具有高可达性、高效率和高精度等优势，是加工大型与异型复杂零件的重要手段。

五轴数控机床在3个平动轴的基础上增加了2个转动轴，不但可以使刀具相对于工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定的范围内任意可控。

五轴数控加工的主要优势包括：①提高刀具可达性。

通过改变刀具方向可以提高刀具可达性，实现叶轮、叶片和螺旋桨等复杂曲面零件的数控加工。

复杂形面的五轴数控系统加工研究的开题报告

复杂形面的五轴数控系统加工研究的开题报告一、研究背景和意义五轴数控加工技术已被广泛应用于航空、汽车、轮船、军工等制造领域，其能够实现高效、精度高的加工过程，逐渐成为数控加工领域中的重要技术。

然而，面对市场需求和技术挑战，传统的五轴数控系统在处理复杂形面加工过程时存在一些不足。

比如在加工高难度的夹角或尖锐角时，传统五轴系统的刀具很难到达角部，从而导致效率低、加工质量低等问题。

因此，研究基于复杂形面的五轴数控加工技术，具有重要的现实意义和应用价值。

二、研究内容和方案本研究主要围绕五轴加工的关键问题展开，包括刀具到达角部时的难度、加工压力的控制、误差补偿等，重点研究以下内容：1. 五轴加工系统中的夹角/尖角加工问题研究。

该项研究主要针对五轴加工系统在处理复杂形面加工中夹角/尖角的难题，从刀具和加工过程两个方面探讨解决方案和技术路径；2. 五轴加工系统中加工压力的控制。

该研究针对五轴数控加工过程中加工压力的监控技术，通过设计对加工压力的控制方法，达到提高加工效率、提高质量的目的；3. 误差补偿算法的研究。

该项研究主要针对五轴加工系统中误差问题，在研究误差检测方法的基础上，探究误差的减少和误差的补偿方法。

三、研究计划和工作安排本研究分为三个阶段：第一阶段，对五轴加工系统的夹角/尖角加工问题进行研究。

通过文献调查和实验研究，探究复杂形面加工过程中夹角/尖角难题的技术路径和解决方案。

第二阶段，研究五轴加工系统的加工压力控制。

该阶段将从监控角度出发，进行加工压力的控制方法实验，并测试实验数据的可靠性。

第三阶段，研究五轴加工系统的误差补偿方法。

该阶段将通过文献调查和实验研究，从误差检测的角度出发，探究误差的减少和误差的补偿方法。

四、预期研究结果通过本研究，预期将实现以下成果：1. 发布一篇文章，对五轴加工系统的夹角/尖角加工问题进行研究，并提出解决方案和技术路径。

2. 对五轴加工系统的加工压力控制进行实验，提出可行的加工效率和质量的控制方法。

五轴联动数控加工在异型石材制品中的应用研究

五轴联动数控加工在异型石材制品中的应用研究0 引言随着人类物质文化水平的提高以及建筑装饰业的发展，人们对建筑的装饰要求也朝着美观、豪华、典雅的方向发展，对石材异型制品的需求越来越多，随着现代设计制造方法和手段不断涌现，尤其是CAD，cAWCAE。

多轴加工技术，仿真与优化技术，检测技术等的发展，使复杂异型制品的设计、加工等不再难以实现，利用虚拟制造技术在计算机上模拟真实加工。

可以提高产品加工质量，降低废品率，缩短制造周期；通过对模型的各个部分进行参数化描述，并根据具体模型，对其各个部分进行参数化控制。

提高复杂异型制品模型的建模效率。

图1为异型石材制品编程加工流程图。

图1异型石材制品编程加工流程图1 立体人像三维模型构建利用通用三维建模软件UG，Pro／E，solidworks等可以很容易地对简单模型进行建模。

但针对复杂模型，如立体人像等，常规建模有一定难度，本文人头像建模是通过三维扫描设备采集立体人像三维模型数据，并通过逆向软件Imageware对数据模型进行数据处理、表面模型重构，再利用UG和Imageware对立体人像模型与扫描点云进行误差分析和修改，如此往复。

直至得到符合要求的三维CAD模型。

重构完成之后昀立体人像模型如图2所示。

2 立体人像的数控加工2.1 立体人像参数化建模方法概述与工艺分析(1)立体人像参数化建模方法概述。

由于立体人像表面非常复杂。

常规方法建模非常困难，为了提高设计效率，可以把立体人像的设计分成各个不同的模块进行设计。

实现立体人像模块化的参数化建模。

根据不同的分类标准，可以把人分为不同种类；根据性别，可以把人分为男性和女性；根据文化的不同，可以把人分为东方人和西方人；根据地域的不同，可以把人分为亚洲人，非洲人，欧洲人等；还有很多的分类方法，例如：按年龄分。

按体形分等等。

针对某一具体的人，可以把人的身体分成各个模块，大体上包括：头部模块，面部模块和支撑模块；以头部模块为例，头部模块设计包括发型设计、脑形设计和耳朵设计。

五坐标联动机床

五轴联动五轴加工是指在一台机床上至少有五个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标)，而且可在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。

目录介绍发展背景种类特点点接触式面接触式线接触式使用优势介绍发展背景种类特点点接触式面接触式线接触式使用优势•未来的发展方向•价值介绍五轴联动是数控术语，联动是数控机床的轴按一定的速度同时到达某一个设定的点，五轴联动是五个轴都可以。

五轴联动1五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。

装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。

即使是发达工业化国家，也无不高度重视。

发展背景近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。

机床是一个国家制造业水平的象征。

而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2长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。

特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。

爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间谍船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。

种类五轴联动机床有立式、卧式和摇篮式二轴NC工作台，NC工作台NC分度头，NC工作台90轴，NC工作台45B轴，NC工作台A轴，二轴NC主轴等类型。

上述六大类共7种五轴联动方式都有各自的特点，无法说哪一种形式更好，只能说你的产品适合哪种类型的五轴加工。

(1)五坐标联动双转台机床(A)旋转坐标有足够的行程范围，工艺性能好．五轴联动3(B)由于受结构的限制，摆动坐标的刚性较低，成为整个机床刚性的薄弱环节．而双转台机床，转台的刚性大大高于摆头的刚性，从而提高了机床总体刚性.(C)便于发展成为加工中心．只需加装独立式刀库及换刀机械手即可但双转台机床转台坐标驱动功率较大，坐标转换关系较复杂；(2)五坐标联动双摆头机床双摆头机床摆动坐标驱动功率较小，工件装卸方便且坐标转换关系简单(3)五坐标联动一摆头一转台机床一摆头一转台式机床性能则介于上述两者之间特点1、可有效避免刀具干涉2、对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型3、对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铣刀端面贴近表面进行加工4、可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面、多工序加工5、五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态。