五軸數控加工在航空航天工業(yè)中發(fā)揮著(zhù)重要作用

五軸數控加工在航空航天工業(yè)中發(fā)揮著(zhù)重要作用，例如葉盤(pán)加工。涉及的關(guān)鍵問(wèn)題是刀具路徑規劃中刀具姿態(tài)的確定。由于干涉會(huì )導致刀具侵入工件或機床，從而嚴重損壞刀具或機床，因此必須合理規劃刀具姿態(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(guò)幾何分析和加工動(dòng)力學(xué)分析識別無(wú)干涉和無(wú)顫振的刀具姿態(tài)，構建姿態(tài)可達性和穩定性圖（PASD）。此外，由于表面粗糙度是評價(jià)工件表面特性的重要特征，一般應盡量減小，因此也建立了其預測模型進(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的影響。通過(guò)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測模型，即最大CDF。與僅考慮幾何的傳統預測模型相比，所提出的預測模型更加直觀(guān)，預測結果更加準確（平均預測誤差僅為9.0%左右）。該研究表明，刀具姿態(tài)對表面粗糙度有很大影響，這意味著(zhù)可以從新的角度（刀具姿勢）優(yōu)化表面粗糙度。最后，基于提出的PASD和表面粗糙度預測模型，提出了一種新的刀具姿態(tài)優(yōu)化算法來(lái)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(guò)不同刀具姿態(tài)下的加工實(shí)驗進(jìn)行了驗證。根據驗證實(shí)驗，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）。據作者所知，這是第一次同時(shí)考慮以下三個(gè)方面來(lái)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)化機床和刀具的利用率（通過(guò)避免各種潛在損壞來(lái)延長(cháng)其使用壽命）。這也將為從刀具姿態(tài)優(yōu)化復雜精密零件的加工過(guò)程提供新的視角，對航空航天工業(yè)具有重要意義。