基于GSK25i數(shù)控系統(tǒng)“S”試件五軸加工研究*

方迪成

（汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東汕頭 515078）

0 引言

“S”試件是中航工業(yè)成飛數(shù)控加工廠創(chuàng)新設(shè)計(jì)用于檢測(cè)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的幾何精度和插補(bǔ)精度的標(biāo)準(zhǔn)零件（圖1）。主體是一個(gè)呈S形走向的扭曲曲面形成的緣條，緣條與坐標(biāo)平面的夾角連續(xù)變化，曲面形狀復(fù)雜。具有薄壁特征，來(lái)源于典型航空結(jié)構(gòu)，在加工中機(jī)床需進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)連續(xù)換向，能集中反映機(jī)床幾何精度、定位精度、動(dòng)態(tài)特性、反向誤差等特性，加工狀況還能反映機(jī)床剛性、振動(dòng)等特性[1]。“S”試件基本已經(jīng)被國(guó)內(nèi)的航空廠商所采用，用于檢驗(yàn)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的加工性能[2]。

目前國(guó)內(nèi)涉及“S”試件加工研究的文獻(xiàn)較少。高長(zhǎng)才[2]介紹了“S”試件加工的技術(shù)要求并分析了其加工難點(diǎn)；杜麗等[3]研究了“S”試件五軸聯(lián)動(dòng)加工方法，并在裝備西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床上進(jìn)行了驗(yàn)證加工。對(duì)于“S”試件在國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床上的加工研究，目前尚未檢索到國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)。因此，本文詳細(xì)介紹“S”試件造型方法以及在國(guó)產(chǎn)GSK25i數(shù)控系統(tǒng)上的加工工藝，并對(duì)加工過(guò)程中出現(xiàn)的加工質(zhì)量問(wèn)題提出解決方案，以期為機(jī)床制造商及工藝人員提供技術(shù)參考。

圖1 “S”試件

1 “S”試件圖樣及加工要求

“S”試件看似簡(jiǎn)單，只是一個(gè)S形的曲線，但實(shí)際上這個(gè)曲線卻非常巧妙地將飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的主要加工特征集成了起來(lái)[2]?！癝”試件零件圖如圖2所示，這是目前改進(jìn)設(shè)計(jì)的“S”型試件，最大外形尺寸為300 mm×200 mm×70 mm。上部為一條側(cè)壁帶斜度的S型緣條，下部為400 mm×200 mm×30 mm長(zhǎng)方形塊構(gòu)成S試件的底座。長(zhǎng)方形塊上設(shè)計(jì)了2個(gè)沉頭螺絲孔用于工裝夾緊，孔的大小可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。左側(cè)和右側(cè)有2 mm寬、20 mm高的3D測(cè)量坐標(biāo)基準(zhǔn)面。

1.1 “S”試件實(shí)體造型

“S”試件造型在SIEMENS公司的NX軟件中完成，以下的分析及加工所涉及軟件均為NX?！癝”試件由一個(gè)呈S形狀的直紋面緣條和一個(gè)矩形基座組合而成，主要結(jié)構(gòu)如圖3所示?；案鱾€(gè)孔的位置如圖4所示，其中測(cè)量基準(zhǔn)M、N邊，階差為2 mm。壓緊孔锪窩深度超過(guò)18 mm，保證壓緊螺栓不高于表面。

圖3 “S”試件結(jié)構(gòu)

圖4 “S”試件底面結(jié)構(gòu)

“S”試件一側(cè)直紋面（圖5）由兩條準(zhǔn)均勻B樣條曲線進(jìn)行定義，這兩條B樣條曲線分別由兩組控制點(diǎn)Pi和Qi（表1）定義[4]。

圖5 “S”試件一側(cè)直紋面

表1 控制點(diǎn)Pi和Qi

“S”試件另一側(cè)直紋面（圖6）也由兩條準(zhǔn)均勻B樣條曲線進(jìn)行定義，這兩條B樣條曲線分別由兩組控制點(diǎn)Mi和Ni（表2）定義。

圖6 “S”試件另一側(cè)直紋面

表2 控制點(diǎn)Mi和Ni

以上述兩側(cè)直紋面構(gòu)成S緣條曲面，填充得到S試件造型，如圖7所示。

圖7 “S”試件造型

1.2 “S”試件加工技術(shù)要求

“S”試件材料采用鋁合金7075-T7451，使用指銑刀側(cè)刃與S形緣條型面貼合一刀完成試件精加工。對(duì)緣條型面的外觀、緣條型面的表面粗糙度、緣條厚度和緣條型面的輪廓誤差等指標(biāo)如下。

（1）緣條型面光潔度：緣條型面應(yīng)光順，無(wú)切傷痕跡，宜無(wú)接刀痕跡；表面粗糙度不大于Ra3.2。

（2）緣條厚度：每條截線上任選10個(gè)點(diǎn)，共計(jì)30個(gè)點(diǎn)位置處的緣條厚度用壁厚卡尺進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)點(diǎn)位厚度值為3±0.1 mm。

（3）型面輪廓誤差采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量，沿S形緣條高度方向取三條截線，共計(jì)75個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)位的輪廓誤差值宜小于±0.05 mm，若有個(gè)別點(diǎn)位的輪廓誤差值超差，超差點(diǎn)位數(shù)應(yīng)小于5，最大誤差值應(yīng)小于±0.08 mm[5]。

2 “S”試件加工工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝分析

S形曲面由上下邊界樣條曲線構(gòu)成母線，沿母線掃略構(gòu)成。這兩條曲線在高度上是平行線，而向下投影到平面上可以看出是不平行的，這樣的兩條曲線生成的曲面在空間上有扭曲，因此曲面是非可展直紋面，如圖8所示。

圖8 非可展直紋面

圖9 所示為NX軟件分析S試件的高斯曲率。加工中S形面是由圓柱立銑刀側(cè)刃切削出來(lái)。立銑刀的圓柱面是一可展曲面，而S形面是非可展直紋面。用立銑刀圓柱面切削扭曲狀直紋面，不可能做到不過(guò)切，其過(guò)切的面積最好情況下也會(huì)有70%，這是切削原理性誤差。從圖中可以看出曲率最大的部分分布在S形面中段的地方，此處扭曲最大，過(guò)切的情況也將最為嚴(yán)重。

圖9 “S”試件高斯曲率

圖10 S試件斜率

圖10 所示為S形面相對(duì)于豎直方向的斜率，斜率范圍在-11.892°～+13.666°之間。斜度決定這刀具加工所需要的傾斜角度，一般是由機(jī)床擺動(dòng)軸控制。

分析“S”試件型面與上邊界樣條曲線的曲率，如圖11所示，應(yīng)用NX軟件的面曲率與線曲率分析工具，可以看到曲面的變化與曲線所在的水平面上均布顯示出曲率梳，曲率梳由很多垂直于曲線的直線組成，其長(zhǎng)度代表著該點(diǎn)的曲率大小。圖中可以看到S試件曲率變化豐富（數(shù)值變化和方向改變）。

圖11 “S”試件曲率

曲率的變化會(huì)使得刀具相對(duì)于工件不斷發(fā)生旋轉(zhuǎn)，曲率越大旋轉(zhuǎn)速度越快。但是要滿足快速的旋轉(zhuǎn)速度同時(shí)保持高精度的要求，則需要機(jī)床的伺服系統(tǒng)有著極高的響應(yīng)水平。

“S”試件作為復(fù)雜非可展曲面，邊界曲率和型面連續(xù)性變化豐富，能夠覆蓋全面的機(jī)床動(dòng)態(tài)剛度和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，完整反映五軸機(jī)床的聯(lián)動(dòng)特性和綜合精度，對(duì)機(jī)床要求甚為嚴(yán)格。

2.2 加工工序

“S”試件的加工工序由制備毛坯、粗加工、精加工定位底面、精加工緣條側(cè)面、精加工測(cè)量基準(zhǔn)等步驟組成。

（1）制備毛坯

“S”試件毛坯如圖12所示，材料使用航空鋁合金7075-T7451預(yù)拉伸板，規(guī)格為300 mm×200 mm×70 mm，基準(zhǔn)面平面度要求不超過(guò)0.05 mm，壓緊孔可根據(jù)機(jī)床實(shí)際情況定制2-φ18锪窩32 mm深60 mm孔。

圖12 “S”試件毛坯

（2）粗加工“S”試件采用三軸程序粗加工“S”試件，去除大部分材料?？紤]到鋁合金材料預(yù)拉伸板必須經(jīng)過(guò)軋制、固溶、拉伸、時(shí)效等一系列工藝流程，在這些過(guò)程中因存在不均勻的溫度場(chǎng)和不均勻的彈塑性變形，板內(nèi)產(chǎn)生了大量殘余內(nèi)應(yīng)力[6]。在加工過(guò)程中，隨著材料的不斷去除，板內(nèi)內(nèi)應(yīng)力逐步釋放并進(jìn)行重分布，原來(lái)的應(yīng)力自平衡狀態(tài)遭到破壞，工件只有通過(guò)變形才能達(dá)到新的平衡狀態(tài)。為了使得變形后仍然有充足的余量，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)給S緣條側(cè)面留加工余量2 mm，底面留加工余量1 mm。粗加工參數(shù)根據(jù)機(jī)床、刀具情況確定。粗加工結(jié)果如圖13所示。

圖13 “S”試件粗加工

（3）精加工定位底面上一步驟去除了大部分材料，材料變形到穩(wěn)定的過(guò)程需要一定的時(shí)間，將工件拆卸下，靜置一段時(shí)間后在進(jìn)行，待變形基本穩(wěn)定下來(lái)，再對(duì)加工基準(zhǔn)平面進(jìn)行無(wú)應(yīng)力裝夾修正加工，消除加工變形等因素干擾。加工示意如圖14所示。

（4）精加工“S”試件緣條側(cè)面

將粗加工好的工件安裝到五軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床工作臺(tái)鎖緊，重新找正。使用五軸聯(lián)動(dòng)功能，立銑刀側(cè)刃精銑S試件緣條側(cè)面。

主要的編程要求如下：編程公差根據(jù)機(jī)床參數(shù)設(shè)置確定不低于0.01 mm；主軸轉(zhuǎn)數(shù)采用主軸常用加工轉(zhuǎn)數(shù)，不低于最大轉(zhuǎn)數(shù)的75%；進(jìn)給率方面每齒進(jìn)給量不低于0.05 mm。為了保證精加工余量均勻，可增加半精加工。加工仿真如圖15所示。

圖14 精加工定位底面

圖15 精加工“S”試件緣條側(cè)面

（5）精加工“S”試件的基準(zhǔn)面

在五軸機(jī)床上用三軸聯(lián)動(dòng)程序精銑S試件測(cè)量基準(zhǔn)。其主要的編程要求：

基準(zhǔn)平面使用平面加工方式，精銑Z=0平面，保證平面度要求；基準(zhǔn)邊使用輪廓銑，精銑測(cè)量基準(zhǔn)邊。加工示意如圖16所示。

圖16 精加工S試件的基準(zhǔn)面

2.3 確定定位及裝夾方案

該工件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要保證裝夾不會(huì)使得材料發(fā)生變形，還要保證加工過(guò)程中工件不會(huì)發(fā)生位移。裝夾采用2顆M16內(nèi)六角螺釘與T形螺母，穿過(guò)材料上事先加工好的沉頭孔，將工件毛坯壓緊固定于機(jī)床旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。然后通過(guò)百分表測(cè)量和調(diào)整旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)角度將工件擺正，將工作臺(tái)的偏轉(zhuǎn)角度輸入到系統(tǒng)坐標(biāo)系偏置中。再將工件進(jìn)行分中找出工件原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的值，輸入到系統(tǒng)坐標(biāo)系偏置中。

2.4 刀具選擇

“S”試件所選用的材料是7075鋁合金材料。7075鋁合金是一種冷處理鍛壓合金，強(qiáng)度高，硬度一般在150 HB左右。加工鋁合金的精度要求不高時(shí)，刀具材料可選用W18Cr4V高速鋼和YG6、YG8、YG8N等硬質(zhì)合金[7]。

鋁合金的強(qiáng)度和硬度較低，宜選取更大的前角γ0。粗加工時(shí)取γ0＝20°～25°，精加工時(shí)取γ0＝25°～30°，切削刃要求磨得鋒利，刀具表面粗糙度值要小[7]。由于鋁合金的彈性模量較?。s為70 MPa），只有45#鋼的1/3左右[8]，由工件彈性恢復(fù)產(chǎn)生的后面摩擦更為嚴(yán)重，所以應(yīng)選取較大的后角α0[9]，粗車時(shí)取α0＝8°～10°，精車時(shí)取α0＝10°～12°，刃傾角λs一般取λs＝0°～10°，粗加工取小值，精加工時(shí)取大值。

綜合以上分析以及經(jīng)濟(jì)性考慮，刀具材質(zhì)選用無(wú)涂層細(xì)晶粒硬質(zhì)合金。刀具規(guī)格兼顧粗加工效率和精工精度，選擇直徑20 mm的4刃立銑刀。

2.5 切削用量選擇

切削進(jìn)給量要足夠大，以保證刀具切削連續(xù)，而不是與工件摩擦[10]。由于鋁合金的硬度較低，且導(dǎo)熱性較好，宜進(jìn)行較高速度切削。與切削45#鋼相比，切削硬鋁的切削速度可提高3倍左右。

加工所選用的機(jī)床是北京機(jī)電院生產(chǎn)的XKR40型五軸加工中心。機(jī)床結(jié)構(gòu)為動(dòng)梁式、AC旋轉(zhuǎn)軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床。其主軸為BT40機(jī)械主軸，用來(lái)進(jìn)行加工的最高的轉(zhuǎn)速為6 000 r/min。刀具選用帶R3圓角的φ20 mm的4刃硬質(zhì)合金立銑刀。

（1）計(jì)算φ20銑刀在轉(zhuǎn)速n為6 000 r/min銑削速度為：

Vc=Dπn/1 000≈376.8 m/min

（2）進(jìn)給速度F計(jì)算[7]：

F粗=nfzz=2 400～14 400 mm/min

F精=nfzz=720～2 400 mm/min

（3）背吃刀量選擇：對(duì)于銑削來(lái)說(shuō)，吃刀量分為切削深度（ap），切削寬度（ae）。使用的組合形式有3種：淺切深大切寬；適中的切深和切寬；大切深小切寬。

①淺切深大切寬的吃刀量用法，適合于加工高硬度材料，是通過(guò)減少刀刃與工件的接觸長(zhǎng)度，提高切入壓強(qiáng)，達(dá)到輕松切除材料的目的。此法缺點(diǎn)是刀尖部分長(zhǎng)時(shí)間參與切削，沖擊大，容易磨損，刀具使用壽命不長(zhǎng)，且切屑為碎屑狀，不便于機(jī)床清理。

②適中的切深和切寬的吃刀量用法，其金屬切除率比較高。切屑為片狀箔片，占用容屑槽空間大，容易引起容屑槽堵塞，以及切屑夾刃引起刀刃崩口。切削阻力大，通常會(huì)降低進(jìn)給速度。

③大切深小切寬的吃刀量用法，在切削中充分使用了切削刃的長(zhǎng)度，刀刃的使用壽命同步。切屑為細(xì)長(zhǎng)條箔片，占用容屑槽空間小，不易引起容屑槽堵塞，且使得機(jī)床打掃容易。小切寬的切削寬度（ae）一般只占到刀具直徑的10%以下，實(shí)際的每齒進(jìn)給量要比進(jìn)給方向上的進(jìn)給量要小的許多，所以在粗加工中可以大幅提高進(jìn)給速度。另外由于參與切削的刀刃長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，切削連續(xù)性比較好，沖擊要小。

根據(jù)S試件的材料，應(yīng)選擇第2種或第3種吃刀量用法，尤其以大切深小切寬的吃刀量用法最為合適。

2.6 擬定保證加工精度的方法

本次加工S試件選用的機(jī)床是一臺(tái)搖籃式雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸加工中心（圖17），配備 GSK25i數(shù)控系統(tǒng)。要保證S試件的加工精度，需要從以下3個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化：機(jī)床各項(xiàng)精度調(diào)整；伺服性能調(diào)整；五軸功能的使用。

機(jī)床精度調(diào)整涉及到的直線軸之間的垂直度、主軸軸線的垂直度、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸線的平行度、各軸的反向間隙大小和機(jī)床安裝水平在機(jī)床制造和安裝過(guò)程中就應(yīng)保證。在系統(tǒng)中還應(yīng)對(duì)各運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償。對(duì)于五軸機(jī)床還有兩項(xiàng)重要的轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量，這兩項(xiàng)分別是轉(zhuǎn)臺(tái)中心的機(jī)械坐標(biāo)位置和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間相隔的距離。這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)精確與否關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行到五軸聯(lián)動(dòng)RTCP（Rotation Tool Center Point）刀具中心點(diǎn)控制功能能否正確控制刀具運(yùn)行到正確的位置點(diǎn)上去。

對(duì)機(jī)床伺服參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。例如進(jìn)行反向躍沖補(bǔ)償，加速度、電流增益、速度增益、位置增益進(jìn)行優(yōu)化，一般需用球桿儀進(jìn)行檢驗(yàn)。使伺服達(dá)到最佳狀態(tài)。

加工S試件有運(yùn)用到五軸聯(lián)動(dòng)RTCP刀具中心點(diǎn)控制功能，指令是G43.4。其作用原理是依據(jù)規(guī)定：“在確定機(jī)床坐標(biāo)系的方向時(shí)規(guī)定：永遠(yuǎn)假定刀具相對(duì)于靜止的工件而運(yùn)動(dòng)?！?。運(yùn)用應(yīng)用了RTCP模式后，5坐標(biāo)加工就可以直接針對(duì)刀具中心編程，而不是旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心?？梢詰?yīng)用空間3維刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。這樣使得編程變得簡(jiǎn)單許多。

RTCP功能可以使刀具軸在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，刀尖始終保持在正確的運(yùn)動(dòng)軌跡線上。沒(méi)有開(kāi)啟RTCP功能時(shí)，程序?qū)嶋H的控制點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)中心，程序從起點(diǎn)到終點(diǎn)旋轉(zhuǎn)中心軌跡是條直線，但是刀尖點(diǎn)軌跡是條弧線。在開(kāi)啟RTCP功能時(shí)刀尖控制點(diǎn)打開(kāi)的情況下，程序?qū)嶋H的控制點(diǎn)是刀尖，從起點(diǎn)到終點(diǎn)刀尖的軌跡是條直線。通過(guò)以上比較不難發(fā)現(xiàn)具有RTCP功能的加工精度要高于不具有RTCP功能的加工精度。

圖17 加工機(jī)床

另外還需要開(kāi)啟旋轉(zhuǎn)軸濾波功能。旋轉(zhuǎn)軸濾波器功能是使旋轉(zhuǎn)軸指令（刀具姿勢(shì)變化）平滑（濾波器連接）、使旋轉(zhuǎn)軸平滑動(dòng)作、獲得平滑加工面的功能。使功能有效，即使執(zhí)行旋轉(zhuǎn)軸指令的平滑化，刀尖點(diǎn)的軌跡按照指令路徑執(zhí)行動(dòng)作。

對(duì)存在不連續(xù)的旋轉(zhuǎn)軸指令（刀具姿勢(shì)變化）的加工程序或單位時(shí)間的旋轉(zhuǎn)軸的角度變化量（刀具姿勢(shì)變化量）不定的易引起進(jìn)給軸負(fù)載變化，使得刀具-零件組成的切削系統(tǒng)經(jīng)過(guò)能量集中的位置時(shí)易引發(fā)震蕩，對(duì)應(yīng)S試件引起顫振，造成零件表面波紋度變差（圖18）。

圖18 零件表面波紋度

3 數(shù)控加工程序

3.1 粗加工

對(duì)“S”試件進(jìn)行加工編程首先要進(jìn)入NX軟件CAM加工模塊，創(chuàng)建刀具、放置加工坐標(biāo)系、工件幾何體的指定等準(zhǔn)備工作。編程內(nèi)容主要為固定軸型腔銑進(jìn)行粗加工與可變刀軸輪廓銑進(jìn)行緣條的側(cè)刃銑削。

粗加工策略采用大吃深小步距，切削深度設(shè)為整個(gè)葉片高度，步距設(shè)為刀具直徑的10%。切削模式選擇擺線，步距限制100%，擺線向前步距5%刀具直徑。生成刀軌如圖19所示。

圖19 粗加工刀軌

擺線方式加工中擺線刀路可以改善刀具被工件材料包埋時(shí)的工況，可以維持穩(wěn)定切削量，避免了狹窄處切削量激增。雖然擺線刀路長(zhǎng)度有所增加，但整個(gè)加工過(guò)程的進(jìn)給速度可以穩(wěn)定在一個(gè)較高的水平，反而提高了加工效率。

3.2 精加工緣條

NX軟件有多種可變刀軸加工策略可用于側(cè)銑緣條。選用曲面驅(qū)動(dòng)、刀軸側(cè)刃驅(qū)動(dòng)、投影側(cè)刃劃線方法編程，編程公差設(shè)置為±0.003 mm，劃線類型選擇“基礎(chǔ)UV”，如圖20所示。

圖20 可變刀軸加工策略

操作產(chǎn)生好的刀軌再經(jīng)定制的五軸后處理得到的生成NC程序，在加工時(shí)后會(huì)發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)被稱之為曲面拐點(diǎn)的地方（有的稱為奇異區(qū)域）突然發(fā)生了100°的旋轉(zhuǎn)，從而在工件上留下刀痕（圖21），在雙擺頭五軸機(jī)床上加工出現(xiàn)明顯的過(guò)切（圖22）。

圖21 加工刀痕

圖22 加工過(guò)切

檢查NC程序，該位置的程序段N0631～N0635如下：

N0629 X155.1121 Y109.0491 Z.2688 C115.05 A-1.54

N0631 X156.0798 Y103.9174 Z.1019 C103.7 A-.584

N0633 X156.5613 Y101.3554 Z.0346 C52.255 A-.198

N0635 X157.0452 Y98.8009 Z.0797 C327.025 A-.457

N0637 X157.5358 Y96.2541 Z.1597 C314.979 A-.915

可以發(fā)現(xiàn)直線距離只有5 mm，而C軸出現(xiàn)一個(gè)接近100°的跳躍值。對(duì)于采用RTCP功能控制加工時(shí)程序中的F值控制的是直線距離的速度，旋轉(zhuǎn)軸必須跟隨完成，這就會(huì)造成機(jī)床C軸快速旋轉(zhuǎn)，加工時(shí)由于出現(xiàn)擺角快速旋轉(zhuǎn)而造成零件銑傷。

此部分刀軸矢量曲線非常接近極點(diǎn) （0，0，1），即機(jī)床奇異點(diǎn)區(qū)域。奇異點(diǎn)區(qū)域的刀路會(huì)使得C軸產(chǎn)生劇烈的運(yùn)動(dòng)。這對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的刀路平滑、進(jìn)給速度的自適應(yīng)規(guī)劃以及伺服系統(tǒng)、機(jī)床性能都有很高的要求，若要從以上幾個(gè)方面解決幾乎是不可能的。通過(guò)改變側(cè)銑緣條策略，驅(qū)動(dòng)方法選用曲面驅(qū)動(dòng)，投影矢量可以選擇刀軸，刀軸選用相對(duì)于驅(qū)動(dòng)體，側(cè)傾角設(shè)為90°。加工策略選擇如圖23所示。生成的程序在奇異點(diǎn)處A軸角度從負(fù)角度過(guò)渡到正的角度，C軸沒(méi)有大的角度變化，如下所示：

N4953 X156.4308 Y102.0354 Z.0414 C104.184 A-.237

N4955 X156.548 Y101.4083 Z.0213 C104.195 A-.122

圖23 可變刀軸加工策略

N4957 X156.6652 Y100.7816 Z.0013 C104.21 A-.007

N4959 X156.7239 Y100.4685 Z.0087 C104.218 A.05

N4961 X156.7827 Y100.1555 Z.0187 C104.228 A.107

N4963 X156.9004 Y99.5299 Z.0386 C104.249 A.221

實(shí)際加工出來(lái)的“S”試件在此處的奇異區(qū)位置過(guò)切痕跡消除，光潔度也非常理想，如圖24所示。經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)S形面數(shù)據(jù)點(diǎn)的結(jié)果，誤差都在±0.05 mm以內(nèi)，符合《五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床加工精度測(cè)試規(guī)范》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

圖24 兩種加工策略加工結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

“S”試件能綜合考察多軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)加工能力和控制系統(tǒng)功能，同時(shí)對(duì)加工工藝也是一種挑戰(zhàn)。本文介紹了“S”試件的零件特點(diǎn)及其加工要求，分析了其在五軸數(shù)控機(jī)床上的加工難點(diǎn)并制定了加工工藝方案。針對(duì)S試件加工精度與光潔度要求，正確運(yùn)用五軸聯(lián)動(dòng)RTCP刀具中心點(diǎn)控制功能和旋轉(zhuǎn)軸濾波功能，改進(jìn)編程工藝，使得刀具側(cè)刃盡可能地貼合S型面母線方向加工，減少了原理上的誤差，刀具平順通過(guò)奇異區(qū)消除了奇異區(qū)位置過(guò)切，提高了光潔度。加工完成后的“S”試件經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量出的誤差完全符合技術(shù)要求。