在五轴铣削加工中,现有的刀轴矢量规划方案往往只针对刀轴矢量进行调整而忽略了对加工带宽的影响。考虑到这一问题,提出了一种通过对比刀轴矢量变化率选择性的调整刀轴矢量的方法,既保证了加工带宽又使刀轴矢量的变化保持平滑。同时阐述了平头刀在进给方向上投影的有效切削形状及平头刀加工带宽的计算方法。阐述了由于刀具姿态的变化对加工带宽的影响,提出了理论最佳刀轴矢量位置。通过MATLAB软件进行仿真,对比优化前后刀轴矢量的变化,表明该算法可以有效提高曲面的加工效率和加工质量。

变半径球面螺旋轨道是弧面凸轮行星机构的关键部件,其整体呈螺旋状,曲率半径随着轨道面螺旋上升而变化,部分截面为U形弧,这些结构特点给加工造成了极大的困难,在加工过程中极易出现干涉并导致欠切。文中对其加工过程进行分析研究,使用一种控制线驱动的刀轴矢量控制方法,安排加工工艺保证了加工精度并提高了加工安全性。实验验证表明,该方法可有效解决加工干涉问题,避免了在加工时由于干涉造成的欠切。

整体叶轮轮毂曲面数控加工刀具轨迹规划是整体叶轮数控加工重要组成部分。研究了整体叶轮轮毂曲面数控加工刀具轨迹规划方法。该方法首先提取轮毂曲面的两条边界曲线，结合流线加工思想，利用垂直于叶轮轴线平面与轮毂曲面交线为一圆弧这一特点，根据弧长与残留高度关系，计算出所需刀具轨迹数量，并最终推导出了轮毂曲面刀具轨迹的参数方程。与已有方法相比，本文方法给出了明确的刀轨数目计算方法，通过参数方程可方便地进行刀位计算。在刀轴矢量计算过程中，通过设置关键刀轴矢量并采用样条曲线插值的方式，实现了刀轴矢量的全局平滑过渡并有效地避免了加工过程中的干涉碰撞。

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。

针对现有刀轴矢量光顺方法缺少对刀轴矢量进行局部超限修正的不足,提出一种在机床坐标系下对刀轴矢量进行局部光顺的方法。通过四元数插值法,进行整个加工轨迹上的初次刀轴矢量规划,得到工件坐标系下光顺的初始刀轴矢量。以机床旋转轴角度变化最小为目标,以机床运动学性能限制为约束,求解得到超限区域。针对超限区域,以角加速度最小为目标进行局部修正。通过叶轮加工实例验证所提刀轴矢量局部光顺算法。结果表明:所提算法能够在保持原有刀轴矢量优良加工特性的同时,避免局部超限,从而达到对刀轴矢量进行局部光顺的目的。

五轴联动机床是实现复杂曲面高精度、高效率加工的有效工具,在增加两回转轴扩大刀具自由度的同时,也增加了回转轴造成的刀具姿态误差.针对回转轴的非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致低的表面加工精度,如叶轮、叶片等复杂曲面零件会在进出汽边发生过切、欠切现象,提出了一种姿态误差优化策略.首先对回转轴线性插补产生刀具姿态误差进行分析;其次通过投射线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后通过仿真及叶轮试件切削加工,论证了该方法的有效性.

在对复杂曲面加工过程中往往会遇到曲率变化过大的区域,这将导致相邻刀触点的刀轴矢量发生剧烈波动,影响加工质量,同时也会使得机床的稳定性下降。针对这一问题,提出一种基于曲面划分的刀轴矢量规划方法。该方法通过离散曲面,并计算各离散点的高斯曲率与平均曲率,以此为依据将曲面划分为多个区域。依次规划每个区域的刀轴矢量,对于出现的局部突变点进行优化。该方法有效地减小了刀轴矢量变化率。通过仿真实验分析验证了该方法的有效性。

为克服五轴数控加工中忽略刀具姿态控制所带来的旋转轴速度和加速度不连续等问题,提出一种基于刀具姿态控制的五轴数控加工指令点插补算法。该算法根据给定的数控加工程序确定刀尖点位置集合和刀轴矢量集合,分别采用样条曲线对离散刀尖点和刀轴矢量进行拟合,得到刀尖点曲线和刀具姿态曲线,在此基础上进行指令点插补。实验结果表明,该算法能够将离散刀轴矢量拟合成位于单位球面的二阶连续曲线,保证旋转轴速度和加速度的连续性。

针对五轴加工中回转轴的非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致低的表面加工精度，如叶轮、叶片等复杂曲面零件会在进出汽边发生过切、欠切现象，提出了一种姿态误差优化策略。首先对回转轴线性插补产生刀具姿态误差进行分析；其次通过投射线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态；最后并通过仿真及叶轮试件切削加工，论证了该方法的有效性。

根据指定数控机床的特点及NC程序格式要求进行分析和处理,通过刀触点和刀位矢量的坐标空间转换,最终生成五轴联动数控机床能够直接识别的NC程序。