叶轮五轴加工无干涉刀具路径规划及实现技术研究

叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术研究叶轮是一个很重要的机械零件，在液体和气体传送、涡轮发电机和蒸汽轮机等领域都有广泛的应用。

制造优质叶轮是保证这些设备高效、安全运行的关键因素之一。

为了达到高品质叶轮零件的要求，五轴数控制造技术（5-axis CNC machining）是至关重要的。

下面将会详细阐述该技术的基本原理，以及叶轮制造过程中的关键技术。

五轴数控制造技术是一种以数控机床为基础的先进加工技术，旨在提高设备的制造效率与加工精度。

该技术最主要的特点是机械零件的各个曲面都可以在一次加工中完成，无需多次换刀和装夹，从而避免了多次加工导致精度误差的累积，提高了加工效率和零件精度。

而在叶轮制造的过程中，叶轮轮毂和叶片的形状对零件精度有着至关重要的影响，因此需要特别关注其加工细节。

以下是一些制造叶轮零件的关键技术：第一步：工艺设计这是制造任何零件的第一步，也是最重要的一步。

工艺设计包括计算机辅助设计（CAD），计算机辅助制造（CAM）等，它是实现五轴数控制造的基础。

工艺设计可以提高制造效率和质量，并降低成本。

第二步：材料选择和加工前准备不同的叶轮操作环境需要不同的材料，比如温度、压力、腐蚀等。

因此，选择合适的材料是至关重要的。

在加工前，需要对材料进行气体灰度测量、表面越限检查、热处理等，以确保材料质量达到要求。

第三步：五轴数控制造技术的应用五轴数控制造技术可以在一次加工中完成叶轮轮毂和叶片的加工，避免了多次加工导致的加工误差，提高了精度和效率。

尤其是在叶片的加工中，五轴数控技术可以确保其弯曲或扭曲的形状完全一致，从而确保了叶轮零件的整体平衡性和流体力学特性。

第四步：质量控制和性能测试通过CAD/CAM进行的工艺设计以及五轴数控制造技术的加工，能够产生高度准确的叶轮零件。

然而，为了确保叶轮零件达到设计要求，还需要进行一系列的质量控制和性能测试，如静态平衡、动态压力测试等，以确保零件的可靠性和性能。

综上所述，五轴数控制造技术在叶轮零件的制造过程中扮演着至关重要的角色，它可以提高生产效率，降低生产成本，并确保零件的高质量和高精度。

整体叶轮五轴数控技术的研究整体叶轮是典型的航空航天复杂零件。

为了进行整体叶轮的数控加工，用Pro／E对其进行了参数化建模。

在深入分析整体叶轮加工工艺的基础上，确定了五轴数控机床加工叶轮的工艺流程。

使用UG软件实现了自动编程，生成了刀路轨迹。

通过后置处理生成G代码。

并在实际机床上进行了加工验证。

整体叶轮是燃气发动机中的一种关键零件，其作用是由外界供给的机械功连续不断地将气体压缩并传输出去。

气体经进气管进入工作轮，在工作轮中因受到叶片的作用力而压力升高，速度增加。

因此对叶轮的要求：一是气体流过叶轮的损失要小，即气体流经叶轮的效率要高；二是叶轮型式能使整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围较宽。

好的外形构造是发挥叶轮性能的保证。

在设计过程巾，叶片的数量和外形轮廓需要经过多次的修改，配合发动机试车后的性能优化得以确定。

整体叶轮的加工一直是机加工中长期困扰我们的难题。

在叶片之间有大量的材料需要去除。

为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，这都给叶轮的加工提出了较高的要求。

普通的叶轮加工往往采用铸造成形，然后再机械加工成形；或者叶片单独加工，然后将叶片与轮毂焊接，再通过打磨、抛光使之外观平滑。

这些方法的技术含量低，做出来的叶轮曲面精度难以保证，表面的质量也差，严重影响了叶轮的使用性能。

近几年随着多轴联动数控技术的发展，使得加工整体叶轮类零件成为可能。

由于整体叶轮的结构造型的复杂性，其数控加工技术一直是制造业的难点，也是研究的热点。

为了解决该问题，本文从以下几个方面展开研究：用Pro／E对其进行了参数化建模；整体叶轮加工工艺的分析与设计，制定五轴数控机床加工叶轮的工艺流程；使用UG软件实现了自动编程，生成了刀路轨迹；通过后置处理生成G代码；通过实际机床加工进行验证。

1 叶轮的参数化建模叶轮是典型航空航天复杂零件，具有重大的应用意义。

由于叶片的曲线和曲面形状比较复杂，本文利用Pro／Engineer软件进行参数化建模，并完成其三维设计。

叶轮零件的五轴数控制造质量与关键技术
研究
叶轮是一种重要的机械零件，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等领域。

叶轮的制造质量直接影响到机械设备的性能和寿命，因此，如何提高叶轮的制造质量成为了制造业的重要课题之一。

而五轴数控制造技术则是提高叶轮制造质量的关键技术之一。

五轴数控制造技术是一种高精度、高效率的加工技术，它可以实现对复杂曲面的加工，提高零件的加工精度和表面质量。

在叶轮制造中，五轴数控加工可以实现对叶轮叶片的复杂曲面加工，提高叶片的精度和表面质量，从而提高叶轮的整体性能。

叶轮的制造质量与五轴数控制造技术密切相关，其关键技术主要包括以下几个方面：
1.五轴数控加工中的刀具路径规划技术。

叶轮的复杂曲面需要通过合理的刀具路径规划来实现加工，因此，刀具路径规划技术是五轴数控加工的关键技术之一。

2.五轴数控加工中的加工参数优化技术。

加工参数的优化可以提高加工效率和加工质量，同时减少加工成本。

因此，加工参数优化技术也是五轴数控加工的关键技术之一。

3.五轴数控加工中的加工误差补偿技术。

加工误差是影响加工精度
和表面质量的主要因素之一，因此，加工误差补偿技术可以有效提高加工精度和表面质量。

4.五轴数控加工中的加工刀具选择技术。

不同的加工刀具对叶轮的加工效果有着不同的影响，因此，合理选择加工刀具可以提高加工效率和加工质量。

五轴数控制造技术是提高叶轮制造质量的关键技术之一，其关键技术包括刀具路径规划技术、加工参数优化技术、加工误差补偿技术和加工刀具选择技术等。

随着制造技术的不断发展，五轴数控制造技术将在叶轮制造中发挥越来越重要的作用。

浅谈整体叶轮五轴数控加工技术刘辉摘要：整体叶轮作为动力机械的核心部件，在航空航天、能源动力等领域应用日益广泛。

叶轮加工质量的好坏直接影响到叶轮的空气动力性能和整个动力装置的机械效率。

而叶轮由于其特殊的形状结构，使得叶轮的加工成为机械机加工领域的一个难点，因此对叶轮加工的关键技术进行研究具有重要的意义。

本文利用单位现有的五轴加工中心，借助于编程软件HyperMILL对整体式叶轮的五轴数控加工关键技术进行研究。

关键词：整体叶轮；五轴数控；加工技术1 整体叶轮五轴数控加工工艺分析结合产品的特点，以及叶轮具体应该，怎样使用才能保证制定出来的加工工艺流程更加科学合理：（1）在锻铝材料上车削加工回转体的具体外形；（2）把流道部分设置加工得更粗一些；（3）对于流道部分必须要注意精细化加工；（4）对于叶片也要注意精细化加工；（5）清根。

在这篇文章中，具体规划并研究了加工轨迹的设定，叶片进行精细化加工，设置并加工流道部分等几个方面。

结合整体叶轮的具体结构特点，对于怎样装夹，夹具，刀具参数，以及作业过程中需要使用机床的类型等各个方面，我们都会有一个具体的了解。

要想最大程度上保证加工效率得到提升，必须要保证加工过程中不能出现碰撞等具有干涉性的行为，此外，大直径铣刀是最合适的加工工具，在诸多的铣刀类型中最为合适的便是多刃铣刀。

但是平底铣刀对于流道粗加工工艺来说是不二的选择，球头铣刀便是精细化加工叶片，以及流道时最为合适的工具。

锥度球头铣刀比较适用于加工一些流道不是很宽的叶轮。

2 叶轮五轴加工2.1叶轮五轴加工的工艺参数由于叶轮的叶片太薄，吃刀量过大容易造成叶片的变形与断裂，太慢又严重影响加工效率；而切削速度太慢容易造成表面挤压变形，过快又容易造成表面的颤纹；进给速度太快容易造成表面应力过大，太慢则达不到加工的目的。

本文的切削参数是根据刀具的材料、机床性能、加工材料及操作者的多年工作经验和多次切削试验得来。

2.2叶轮五轴加工轨迹生成本叶轮的五轴部分由HyperMILL软件进行加工，通过对叶轮模型的处理，对加工方法的选择，对刀具的选择，对软件参数的设定和对高速加工路径的规划，叶轮五轴加工轨迹生成过程和加工方法，如表1所示。

ＤＯＩ：１０．１９３９２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１ ７３４１．２０２０１９１２０基于五轴联动加工技术的叶轮加工方法分析钟国成桂林航天工业学院　广西桂林　５４１０００摘　要：叶轮是动力机械中不可缺少的重要部件，已经被广泛应用于汽车制造、航空航天等多个领域。

由于叶轮本身的结构复杂性较强，应用传统加工技术困难性大，性价比不高。

五轴联动加工技术可有效避免刀具干涉，提升表面质量，增强加工精度，性价比高，目前已经逐渐取代传统加工技术。

本文主要讨论了基于五轴联动加工技术的叶轮加工思路与具体加工方法，以供参考。

关键词：五轴联动加工技术；叶轮加工；方法 所谓五轴联动加工技术，简单来说就是一种在ＣＮＣ控制下五个坐标轴协调运动加工零件的加工技术，它以计算机网络技术作为主要的技术支撑。

随着加工技术的持续发展，虚拟仿真技术逐渐被应用于五轴联动加工中，给后者加工质量与精度的提升产生了重大的积极影响。

基于五轴联动加工技术加工叶轮，为避免刀具干涉、碰撞，先在仿真环境中构建叶轮模型，经多次试验后确定切削参数，并对其进行验证，再将参数录入五轴联动数控机床，叶轮一次成型。

这不仅能提升叶轮加工质量与精度，也能减少加工叶轮的必要时间，同时做到资源的有效节约。

那么，基于五轴联动加工技术的叶轮加工具体方法是什么样的呢？以下就是笔者对此的分析与论述。

一、基于五轴联动加工技术的叶轮加工思路（一）工艺流程叶轮加工主要是加工叶片与流道，由于叶片通常为扭曲状，而流道则很狭窄，所以加工中常有干涉、过切、碰刀现象。

为了实现对这些现象的有效规避，并保证加工精度，选择分阶段济钢。

第一阶段，叶片、流道粗加工，主要采用五轴曲线加工法，对于流道，先进行结构分割后再加工；第二阶段，叶片精加工与清根处理，主要采用五轴侧铣方式；第三阶段，流道精加工，主要采用五轴限制面加工法。

（二）五轴加工刀具路径规划（１）粗加工刀具。

第一阶段粗加工从流道深度延伸的方向进行分层加工，合理连接每层的刀具路径，使之构成整体加工路径。

五轴加工中的刀具路径规划技术五轴加工是指利用机床的五个轴能够进行多维度运动进行加工。

相对于传统的三轴加工，五轴加工具有更强的灵活性和精度控制能力，能够满足更高要求的加工需求。

然而，在五轴加工中，由于刀具遇到的表面形状非常复杂，会出现很多困难的路径规划问题。

因此，刀具路径规划技术是五轴加工中的一个极其重要的技术。

刀具路径规划技术主要解决的问题是如何合理地对工件进行加工。

在三轴加工中，刀具路径大概只有两种：顺序或者Z字形。

而五轴加工中，由于整个加工场景瞬息万变，因此需要进行更复杂、更灵活的路径规划。

需要根据工件的不同曲面以及刀具的特点，不断地优化路径规划，以达到更高的精度和效率。

对于五轴加工中的刀具路径规划技术，其中关键的问题是如何处理刀具与工件之间的碰撞。

在五轴加工中，由于轴的运动范围相当大，因此刀具在加工的过程中可能会发生与工件碰撞的情况。

一旦发生碰撞，不仅会损坏工件，还会对整个加工流程造成不可估量的影响。

因此，为了解决五轴加工中的路径规划问题，考虑刀具与工件之间的碰撞是非常必要的。

在这个过程中，避免刀具和工件的碰撞非常重要。

可以采用一些基于约束规则和基于优化算法的方法，来找到合适的路径规划方案。

基于约束规则的方法通常通过约束刀具的运动方向来避免碰撞，而基于优化算法的方法则通过优化刀具的动作来保证最佳路径规划。

首先，基于约束规则的方法能够避免刀具和工件之间的碰撞。

这种方法常见的方式是实现规避障碍物的算法。

该算法将刀具的运动方向约束在非碰撞区域内。

当刀具的路径遇到一个障碍物时，算法会自动调整刀具的路径，使之避开障碍物。

这样，刀具就可以稳定地移动，避免与工件碰撞。

另一种方法是基于优化的算法，该算法可以自动优化刀具的路径，以便尽可能地避免碰撞。

这种算法大概分为两类。

一类是基于遗传算法(GA)的方法，它通过优化刀具路径的运动，以找到最小化碰撞数的路径。

这些算法在寻找最佳路径时通常会对许多不同的方案进行评估。

第20期2023年10月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.20October,2023基金项目:浙江省访问工程师项目;项目名称:叶轮加工工艺路径规划与仿真;项目编号:FG2021055㊂浙江工商职业技术学院科研基金项目;项目编号:KYND202109㊂作者简介:熊运星(1978 ),男,河南南阳人,副教授,硕士研究生;研究方向:模具CAD /CAM ,数控编程与加工㊂基于IMSpost 下的叶轮加工五轴后处理研究与实践熊运星,闫国琛(浙江工商职业技术学院,浙江宁波315012)摘要:五轴加工工艺不断发展的背景下,机床的后处理定制将成为核心技术之一㊂文章以VMC -300小型五轴机床开展五轴后处理加工研究,并以开式叶轮进行了五轴加工的工艺分析㊂文章分析了工装设计㊁加工路线等㊂该机床下的工艺仿真及加工验证,解决无碰撞㊁过切㊁少切等问题㊂本研究提高了五轴数控加工的效率和质量,为同类产品的加工及工艺提供参考㊂关键词:后处理;叶轮;过切中图分类号:TH164㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀由于机床厂商㊁用户需求不同,五轴机床结构也越来越复杂,客户定制特殊结构机床越来越多,同时控制系统的多样性,对于产品或模具加工工艺的要求日趋提升,尤其是匹配各厂家机床的后处理的技术要求越来越高,因此对五轴或多轴机床后处理技术的研究与实践,对提升复杂曲面类零件高效㊁高质量加工具有重要理论意义和推广价值㊂叶轮产品加工工艺具有高效㊁高精度㊁高质量的特点[1]㊂叶轮产品通常是在高转速㊁高负载冲击环境下工作㊂其质量和精度要求高,如表1所示㊂本文通过IMSpost 定制的后处理,以叶轮零件加工工艺优化为目标,利用UG NX CAM 编程软件完成叶轮零件的编程与产品结构优化,运用VMC -300小型机床完成叶轮的工艺优化及机床加工㊂表1㊀叶轮加工发展趋势技术分类加工现状先进水平成型原理五轴端铣加工插铣加工㊁电解等球头铣刀为主的点接触成形刀具侧刃的线接触成形切削速度低速切削高速切削保守的恒定进给率高效变进给切削测量方法人工编程,抽检3~4个叶片自动编程,全叶片测量没有原位测量原位测量-自适应加工1㊀IMSpost 后处理开发1.1㊀IMSmachine 平台机床结构搭建㊀㊀根据表2所示机床主要技术参数,构建机床运动结构及相关行程㊁角度等参数设计㊂通过简单运动分析模型与实际加工机床的一致性,构建的机床文件如图1所示㊂图1㊀实际加工机床结构本文以VMC -300小型机床为例开展五轴加工中心后置处理研究㊂该机床轴系结构关系图如图2所示,该配置C 轴回转工作台,摆角为ʃ360ʎ,A 轴回转工作台转角范围为-120~30ʎ,该类机床具有主轴结构简单㊁刚性好㊁制造成本低的优点,但由于工作台自重会导致机床刚性不足,故工作台一般设计较小,且承重较轻,因此适用于体积小㊁重量轻的小型精密零件和精密模具的加工㊂图2㊀AC 转台结构机床1.2㊀IMSpost 平台搭建五轴后处理㊀㊀VMC -300机床的控制系统为fanuc 系统,因此选取fanuc30i 控制系统模块进行相关控制机床代码的设定㊂根据软件导入的机床模型文件(如图1所示),系统自动设置后处理机床结构为AC 双转台结构类型,同时相关机床参数与实际加工机床一致,如图3所示㊂1.3㊀编程格式的设置㊀㊀本文对编程的代码进行系列优化,匹配机床实际加工及优化机床加工相关操作及工艺㊂IMSpost 软件主要设置程序开始(相关程序要求)[2]㊁操作开始(换刀冷却开始位置)㊁操作结束(换刀需要)㊁程序结束(加工结束后机床相对位置)㊁主轴㊁冷却液(在合适㊀㊀㊀表2㊀五轴加工中心主要技术参数项目单位技术参数项目单位技术参数XYZ 轴行程极限mm 300175270工作台规格mm450ˑ160A 轴倾斜角度极限度+30~-120主轴转速r /min 20000C 轴旋转角度极限度360快速进给速度mm /min 10000控制系统YORNEWM5最快进给速度mm /min40000图3㊀IMSpost 平台后处理搭建的位置开关切削液)㊁换刀等内容㊂设计人员主要考虑第一次换刀及多个工序转换间换刀之前一系列操作动作(机床回零㊁刀具位置等),确保换刀顺利进行,设备安全运行,如图4所示㊂1.4㊀UG CLFS 刀位文件的输出㊀㊀UG NX 输出的刀位文件需要特定的设置才能正确读入IMSpost 平台中[3],并对该刀位文件正确识别出快速移动㊁切削移动㊁刀具号及刀具补偿等指令,软件根据读入的刀位点坐标值及刀具向量值,IMSpost 后处理平台将相应的刀位点㊁向量值转换为机床匹配的NC 代码,满足机床加工精度要求,如表3所示㊂图4㊀机床换刀设置2㊀叶轮加工工艺㊀㊀编程人员(1)分析叶轮几何特征(主流叶片㊁分流叶片㊁轮毂面㊁圆角面等),根据客户提供的产品材料选择合适的加工刀具,确定加工工艺,制定合适的加工方案,并进行工艺优化(不同切削参数下的产品质量);(2)通过五轴编程软件规划刀位轨迹路线,并进行仿真验证;(3)选择合适的后置处理,进行试切加工;(4)投入实际生产,如图5所示㊂叶轮加工过程如图6所示,首先进行叶轮整体开粗,使用R3球刀,然后使用R3球刀分别对主叶片㊁分流叶片进行精加工,叶轮轮毂面采用往复走刀进行精加工,对主叶片㊁分流叶片根部未加工到位部分进行清根加工(R1.5球刀),最后对分流叶片弧面部分进行精加工㊂输出并保存粗精加工刀位文件,UG 刀位文件后缀名为.CLS㊂叶轮加工工艺参数如表4所示㊂表3㊀刀位点及刀具向量与NC 代码转换刀位点(x ,y ,z )刀具向量(i ,j ,k )NC 代码-29.277731,40.531634,32.772784-0.2332420,0.3395187,0.9112218G1X29.278Y -40.532Z32.773A -24.325C145.512-22.6762,32.6618,24.3541-0.2322828,0.3396621,0.9114134G1X22.676Y -32.662Z24.354A -24.299C145.633-20.7923,30.7801,25.5512-0.2320088,0.3579169,0.9044708G1X20.792Y -30.78Z25.551A -25.248C147.048-8.7027,22.0819,36.8683-0.2949726,0.8263633,0.4797029G1X8.703Y -22.082Z36.868A -61.334C160.356-7.8100,21.7954,37.9719-0.2799995,0.8613285,0.4239263G1X7.81Y -21.795Z37.972A -64.917C161.992-6.9017,21.5763,39.0781-0.2619799,0.8919466,0.3685075G1X6.902Y -21.576Z39.078A -68.376C163.632图5㊀叶轮加工技术路线表4㊀叶轮加工方法及刀具选择工序加工方法刀具开粗型腔铣㊁测铣球刀或立铣刀半精环绕式等高铣球刀叶片精加工环绕式曲面铣球刀轮毂精加工往复式曲面铣球刀㊀㊀叶轮实际加工工艺及参数受叶轮的实际使用情况影响,根据现场叶轮加工参数及机床长时间加工优化,该机床下的加工工艺参数如表5所示[3]㊂3㊀后处理仿真一体化㊀㊀IMSverify 是一个机床作动模拟系统,透过机床模拟运行实际G 代码验证,模拟NC 加工过程,以检测刀具路径中是否可能存在的错误风险,事前预防零件㊁夹具㊁刀具㊁刀杆和机床干涉之检查,提供加工者更完整模拟验证,进而得到正确加工㊂IMSverify 真正实现以实体为基础的模拟提供了最准确的材料加工验证㊂从UG NX 的CAM 系统中导入毛坯和夹具的实体,模拟过程中的结果也保存为实体,可作为进程中的中间毛坯,以及与原始设计零件资料的比对㊂与IMSpost 产品整合,使用IMSpost 查看CAM 系统的APT 资料[4],UG NX 通过专用接口启动IMSverify,如图7所示㊂通过输入NC 代码㊁选择图7设置好的与实际加工一致的机床模型[5]㊁匹配机床加工的合适后处理,图6㊀叶轮加工工艺表5㊀常见加工工艺参数工艺步骤流道粗加工工艺参数转速15000rpm高速加工下的刀具要求开槽进给280m /min降速可以保证刀具强度出气口进给600m /min降速可以保证叶片加工质量全局进给1800mm /min以最高效率开粗加工流道残高0.6在允许条件下流道残高可提高至0.8mm叶片余量0.2开粗时间 5.5min5组流道开粗工艺步骤叶片半精加工工艺参数转速15000rpm使用高品质刀柄开槽进给1500m /min降速以免引起刀具折断出气口进给1500m /min降速以保证叶片质量不受影响全局进给2500mm /min提高加工效率流道残高0.15在允许条件下流道残高可提高至0.3mm叶片余量0.2时间5min5组流道精加工工艺步骤分流叶片精加工工艺参数转速4000rpm 合理选用刀柄控制刀具跳动叶缘10%减速叶缘过切的控制出气口50%减速出气口叶片质量控制方法全局进给350mm /min优化最佳加工进给时间4.55组叶片精加工加工时间合计/min15min图7㊀NX -IMSverify 一体化仿真并加载设计模型㊁毛坯模型㊁夹具体等,模拟分析实际加工过程中出现的任何问题(过切㊁撞刀㊁欠加工),并进一步优化加工的工艺参数,提高加工效率与加工质量㊂具体仿真过程如图8所示㊂4㊀结语㊀㊀本文构建了实际机床的3D 结构及运动学关系,通过IMSpost 后处理平台导入实际3D 机床模型,并加载了与实际机床系统匹配的控制系统,配置正确的辅助参数(主轴转速㊁换刀动作㊁冷却液动作等)㊁对导入的UG NX 编程软件的CLSF 刀位文件进行NC 代码的转换,确保加工的正确性㊂以叶轮加工编程㊁图8㊀叶轮实体化仿真工艺分析㊁工装设计等内容,通过IMSverify软件进行实体模拟仿真,确保实际加工时的准确性和稳定性[6]㊂参考文献[1]周智敏,张素颖.正交五轴机床NC加工路径后处理研究[J].煤矿机械,2017(11):72-74.[2]熊运星.叶轮加工工艺及检测技术研究[J].江苏科技信息,2018(30):37-41.[3]孙耀恒,王科健.基于五轴联动机床后处理的开发与验证[J].机械研究与应用,2020(2):154-157. [4]陈锐勇,孙江.基于IMSpost的五轴加工中心后置处理研究[J].新技术新工艺,2019(3):63-66. [5]佛新岗.基于IMSpost和VERICUT的四轴联动加工研究[J].微型电脑应用,2021(9):48-51. [6]彭飞.基于NX和VERICUT多轴联动加工策略分析研究[J].工业技术与职业教育,2023(1):14-16.(编辑㊀王永超)Research and practice of five-axis post-treatment of impeller processing under IMSpostXiong Yunxing Yan GuochenZhejiang Business Technology Institute Ningbo315012 ChinaAbstract Under the background of the continuous development of five-axis processing technology the reprocessing customization of machine tools will become one of the core key technologies.This paper studies the VMC-300small five-axis machine tool and analyzes the five-axis processing process with the open impeller and analyzes the tooling design and processing route.The process simulation and processing verification under the machine tool solve the problems of no collision overcutting and less cutting.It improves the efficiency and quality of five-axis CNC machining and provides reference for the processing and process of similar products.Key words post processing impeller overcut。

五轴联动数控车床刀具路径优化算法研究引言：随着制造业的快速发展，数控车床在工业生产中扮演着至关重要的角色。

尽管五轴联动数控车床具有更高的加工精度和复杂零件加工能力，但是其刀具路径的优化仍然是一个具有挑战性的问题。

本文将探讨五轴联动数控车床刀具路径优化算法的研究，旨在提高工件的质量、减少加工时间和工具的磨损，从而提高生产效率。

一、概述五轴联动数控车床是一种具有五个坐标轴的先进机床，它可以使刀具在空间中自由移动，从而能够加工出形状复杂的工件。

然而，由于运动轴之间的互相制约以及工具长短等因素，刀具路径的选择变得相当复杂，容易出现冗余运动、工具干涉等问题。

二、相关算法1. 路径规划算法路径规划是五轴联动数控车床刀具路径优化算法中的一个关键环节。

传统的路径规划算法包括最小切削路径法、均匀切削路径法和建模路径法等。

近年来，基于智能优化算法的路径规划算法也得到了广泛的研究和应用，如遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法等。

这些算法通过对初始路径进行优化，能够有效地避免干涉和冗余运动，提高加工效率。

2. 工具轨迹生成算法工具轨迹生成算法是在路径规划的基础上，生成实际刀具在加工过程中的运动轨迹。

最常用的方法是维护一个工具刀具轨迹的路径规划或点云生成，然后根据路径规划的结果生成实际的刀具轨迹。

3. 轨迹优化算法轨迹优化算法是指在生成刀具轨迹后，对其进行进一步优化，以减少刀具的运动路径长度、降低加工时间和减少工具的磨损。

常用的优化算法包括动态规划、最优控制和遗传算法等。

这些算法能够通过对轨迹进行分段或局部优化，使刀具的运动更加高效，提高生产效率。

三、优化效果与评价指标五轴联动数控车床刀具路径优化算法的最终目标是提高工件的加工质量、减少加工时间和降低工具的磨损。

为了评价优化算法的效果，可以根据以下指标进行评估：1. 加工精度：通过与设计要求进行对比，评估优化算法对加工精度的影响。

2. 加工时间：比较优化算法前后的加工时间，通过减少不必要的运动来提高加工效率。

五轴数控加工中的算法研究五轴数控加工是现代制造业中不可或缺的一环。

相较于传统的三轴数控加工，五轴数控加工可以通过机床的旋转来实现更复杂的工件加工和更高的精度。

在五轴数控加工中，算法的优化和研究对加工效率和质量至关重要。

一、五轴数控加工的基本流程五轴数控加工的主要流程包括数学建模、路径规划、刀具轨迹生成和控制指令生成四个过程。

其中，数学建模是将工件形状抽象为数学模型，路径规划是确定加工刀具的加工路径，刀具轨迹生成是将路径转化为机床坐标系下的轨迹，控制指令生成是生成机床所需的指令序列。

二、五轴数控加工的算法优化1.路径规划算法路径规划是五轴数控加工过程中最具挑战的一个环节。

一方面，路径规划需要在保证加工质量和效率的前提下，尽可能减少刀具的移动距离，以节省机床加工时间。

另一方面，路径规划还需要考虑机床的工作空间限制，避免刀具碰撞机床和工件。

目前，常用的路径规划算法包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等。

这些算法都具有自适应性和全局优化能力，能够在较短时间内找到较优解，但也存在收敛速度慢、局限性强等问题。

2.刀具轨迹生成算法刀具轨迹生成是将路径规划产生的加工路径转换为机床坐标系下的轨迹。

常用的刀具轨迹生成算法包括直接刀路生成法、离散点法、拉格朗日插值等。

直接刀路生成法和离散点法对刀具轨迹的平滑性和精度有较大影响，对于高精度、复杂曲面加工常常不适用。

而拉格朗日插值法能够在一定程度上保持轨迹的平滑性和精度，是目前应用广泛的一种刀具轨迹生成算法。

3.控制指令生成算法控制指令生成算法是将刀具轨迹转化为机床控制器所需的指令序列。

常用的控制指令生成算法包括基于G代码的程序生成法、数字化控制器固件生成法、基于NC语言表示的程序生成法等。

三、五轴数控加工的应用五轴数控加工广泛应用于航空航天、汽车、模具等制造领域。

其中，航空航天领域对五轴数控加工的精度和效率要求较高，尤其是航空发动机涡轮叶片等高精度、复杂曲面零部件的加工对五轴数控加工的技术水平和算法优化提出了更高挑战。