五軸數(shù)控加工在航空航天工業(yè)中發(fā)揮著重要作用

五軸數(shù)控加工在航空航天工業(yè)中發(fā)揮著重要作用，例如葉盤加工。涉及的關(guān)鍵問題是刀具路徑規(guī)劃中刀具姿態(tài)的確定。由于干涉會(huì)導(dǎo)致刀具侵入工件或機(jī)床，從而嚴(yán)重?fù)p壞刀具或機(jī)床，因此必須合理規(guī)劃刀具姿態(tài)以避免干涉。同時(shí)，由于產(chǎn)生顫振不可避免地會(huì)降低加工表面質(zhì)量，因此也必須消除顫振。在本文中，首先通過幾何分析和加工動(dòng)力學(xué)分析識(shí)別無干涉和無顫振的刀具姿態(tài)，構(gòu)建姿態(tài)可達(dá)性和穩(wěn)定性圖（PASD）。此外，由于表面粗糙度是評(píng)價(jià)工件表面特性的重要特征，一般應(yīng)盡量減小，因此也建立了其預(yù)測模型進(jìn)行優(yōu)化。眾所周知，由于不可避免的刀具變形力（CDF），表面粗糙度主要受刀具偏轉(zhuǎn)的影響。通過分析表面粗糙度與最大CDF的關(guān)系，從新的角度提出了一種新的表面粗糙度預(yù)測模型，即最大CDF。與僅考慮幾何的傳統(tǒng)預(yù)測模型相比，所提出的預(yù)測模型更加直觀，預(yù)測結(jié)果更加準(zhǔn)確（平均預(yù)測誤差僅為9.0%左右）。該研究表明，刀具姿態(tài)對(duì)表面粗糙度有很大影響，這意味著可以從新的角度（刀具姿勢(shì)）優(yōu)化表面粗糙度。最后，基于提出的PASD和表面粗糙度預(yù)測模型，提出了一種新的刀具姿態(tài)優(yōu)化算法來最小化表面粗糙度。該算法同時(shí)考慮了幾何約束和動(dòng)力學(xué)約束（干涉和顫振），并通過不同刀具姿態(tài)下的加工實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，所提出的算法可以有效避免干擾和顫振，同時(shí)最小化表面粗糙度（優(yōu)化后的 Ra 僅為 0.3589 μm，而正常的 Ra 為 0.5476 μm）。據(jù)作者所知，這是第一次同時(shí)考慮以下三個(gè)方面來優(yōu)化刀具姿態(tài)：避免干擾，消除顫振并降低表面粗糙度。它將大大提高加工表面性能，同時(shí)優(yōu)化機(jī)床和刀具的利用率（通過避免各種潛在損壞來延長其使用壽命）。這也將為從刀具姿態(tài)優(yōu)化復(fù)雜精密零件的加工過程提供新的視角，對(duì)航空航天工業(yè)具有重要意義。