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《CNC控制软件的研制及其在五轴联动数控工具磨床上的应用》可

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1 / 26 《CNC控制软件的研制及其在五轴联动数控工具磨床上的应用》 可行性报告 一、 总论 1、概述 1.1 项目名称： CNC控制软件的研制及其在五轴联动数控工具磨床上的应用 1.2 项目的主要内容： 我厂研制的MKW6014五轴联动CNC工具磨床，利用“刃点跟踪法”计算软件，实现了五轴联动，目前国内尚无其他厂家生产，填补了国内空白。磨床采用工控机控制，广泛应用于航空、航天、机械、模具等行业，编程加工一次磨削完成曲面复杂的精密特型刀具。属于本年度创新基金重点支持项目（见《2001年度科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南》Ｐ44：“数控系统高性能、结构化、商品化软件包”）。 2、项目的社会经济意义、目前进展情况、申请创新基金的必要性 2.1 项目的社会经济意义 2.1.1 数控技术及计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术的迅速发展，使传统的机械设计与制造进入现代制造技术的行列。特别是CNC机床、加工中心和柔性制造单元的普及应用，大幅度缩短了产品制造周期，提高了产品竞争力，同时对所需要刀具的形状、尺寸、精度及性能一致性提出更高的要求。由于飞机、模具、汽车和机电一体化等精密制造业采用数控加工，出现了一大批轮廓复杂的特型数控刀具。有关资料显示，在发达国家，特型刀具实现了不经铣削直接采用数控磨削一次加工成形的工艺，并生产出相应的强力磨削数控工具磨床，实现了加工各种特型刀具的功能转换，为刀具制造工艺带来大变革、大突破。 2 / 26

2.1.2 在国内，由于国产五轴联动数控工具磨床制造为一空白，影响了特型刀具的生产制造，使国产特型刀具性能差，质量不稳定，使用寿命低，众多企业在数控加工中为了解决生产急需，只好花巨资购买德国Walter公司的五轴联动数控工具磨床。该机床每台售价30万美元（合人民币240万元），价格昂贵，由于国内没有替代产品，所以Walter公司的五轴联动数控工具磨床售价一直居高不下，这对我国大力发展和促进数控技术的应用非常不利。为了振兴民族工业，用自己生产的数控磨床替代进口设备，使国产刀具早日走出国门迈向世界，我们和西安交通大学机械制造及自动化研究所联合开发了五轴联动CNC数控工具磨床。 2.2 项目的进展情况 我厂在1999年初提出项目设想，然后收集各方面资料，向有关大专院校和研究所咨询，查阅资料，获取国内外动态，然后详细确定方案并请专家论证，在得到肯定的情况下，1999年下半年开始试制， 2000年3月制成样机，五月份在上海机床博览会上展出并进行现场加工表演，得到国内外同行的一致好评和国外专家的赞赏。后来我们进一步完善了软件功能，调试更换了部分硬件，使机床的机械性能和软硬件性能完全接近国外同行企业德国Walter公司的工具磨床Helit Romi Mini Power的水准。 2.3 申请创新基金的必要性 两年来为了研制该设备，企业“以副养主”自筹资金45万元，全部用于开发研制，生产出样机才使这朵高科技奇葩含苞待放。现在我们集中人力、物力、财力，正在全力以赴加快软件的开发提高机床性能的步伐，力争一年左右时间形成小批量生产能力，但需补充资金，故申请科技创新基金。 3、项目实施的优势及风险 3.1 项目实施的优势 3 / 26

咸阳台式机床厂始建于1991年，其前身为咸阳中山通用机械厂，主导产品为台式钻铣机床，万能刀具刃具磨床。多年来，厂领导始终把技术进步和新产品开发放在首位，每年用于高新技术研究的经费约占销售额的10% 。从1997年开始，我厂投入大量人力、物力与天津大学进行厂校合作开发单片机控制的五轴四联动数控工具磨床，过度到今天的工控机五轴联动数控工具磨床，对数控工具磨床的制造积累了丰富的经验。同时我们和西安交通大学进行了产学研联合，转化科研成果，使项目实施的优势更加明显。更重要的是国家对高科技产业的扶持和西部开发的政策增强了我们把该项目进行到底的决心和信心。 3.2 项目实施的风险 投资大，科技含量高，市场营销网络不完善是该项目实施的风险。我们投入大量资金经过两年的努力，生产出功能齐全的样机，已经将大部分风险化解。下一步，准备充实完善原有的西北地区、江苏、上海、深圳营销网络，同时增设四川、华北、东北营销网，扩大宣传，拓展销路。我们深信，经过不懈的努力，终将化险为夷，这项高科技产品一定会占领市场。 4、项目计划目标 4.1 总体目标： 在项目执行期间计划投资235万元，截止目前已完成投资45万元，需新增投资190万元。项目完成后可年产五轴联动数控工具磨床10台，企业资产将达到400万元，企业人员达到60人左右（项目产品需55人，其它产品需5人），新增就业人员30人左右。 4.2 经济目标： 本项目完成后，累计实现的经济目标如下： 4 / 26

年工业总产值 600万元 工业增加值 450万元

销售收入 项目产品： 400万元 其它产品： 100万元 缴税总额 109.3万元 净利润 154.4万元 创汇额 9.8万美元 4.3 技术、质量指标：

公差（mm） 轴线测量行程 ISO10791-4标准 （£ 500mm） 检测结果

双向定位精度 A 0.020

X轴 0.015 Y轴 0.018

Z轴 0.020

单向定位精度 A 和A¯ 0.016 X轴 0.008 X轴¯ 0.0010 Y轴 0.010 Y轴¯ 0.0012

Z轴 0.016 Z轴¯ 0.0015

双向重复定位精度R 0.012 X轴 0.005 Y轴 0.005 Z轴 0.005

单向重复定位精度 R 和R ¯ 0.006 X轴 0.002 X轴¯ 0.0015 Y轴 0.003 Y轴¯ 0.0045

Z轴 0.005 Z轴¯ 0.004

反向差值B 0.010 X轴 0.005 Y轴 0.008 Z轴 0.012 5 / 26

双向定位系统偏差E 0.015 0.015 单向定位系统偏差 0.01 0.0085 双向平均偏差范围 0.01 0.01 公差 （弧秒） 行程至360°的回转线的定位公差

ISO10791-4标准 检测结果

双向定位精度A 28 A轴 25 C轴 28 单向定位精度 A 和A¯ 22 A轴 22 A轴¯ 25

C轴 28 C轴¯ 26 双向重复定位精 度R 16 A轴 16

C轴 18 单向重复定位精 度R和R¯ 8 A轴 6 A轴¯ 8

C轴 9 C轴¯ 9

反向差值B 12 A轴 12 C轴 14 双向定位系统偏差E 20 18 单向定位系统偏差 14 12 双向平均偏差范围 12 12 精密镗床标准 工作台面对工作台 纵向移动的平行度 0.02/400 0.02/400

磨头主轴径向跳动 0.005 0.003 砂轮轴的轴向窜动 0.008 0.005 X轴对工作台面横 向移动的平行度 0.01/200 0.008/200

Y轴对工作台面横 向移动的平行度 0.015/200 0.010/200

Z轴对工作台面的 0.01/120 0.008/120 6 / 26

垂直度 4.3.1 引用标准及参考资料： 检测依据ISO10791-4：1998加工中心检验条件《第4部分：线形和回转轴线的定位精度和重复定位精度检验》国际标准最新版本。参考资料选取德国WALTER公司生产的Helitromi Mini Power数控工具磨技术精度要求。 4.3.2 检测工具： 三坐标测量仪，万能通用量具和指示器等。 简要说明：我厂生产的数控工具磨床属专用非标准数控设备，至今未见国际上同类产品检验条件出台，所选检测依据仅供参考对比。增设检验项目取决于用户的要求和签约双方商定的协议。 我厂计划在2002年7月底前制定并完善新产品标准，与此同时使该项目产品通过国家相关行业的许可认证。 4.4 阶段目标： 项目各阶段目标列表说明如下： 单位：万元 阶段 内容 完成时间 投资金额 经济指标

第一阶段 完善已有软件 2001年8月－9月 5 开发剩余软件 2001年10月－2002年2月 45 样机调试试生产 2002年3－4月 10

第二阶段 样机鉴定 2002年5－6月 3 产品标准制定 2002年6－7月 4 产品质量认证 2002年7－8月 5

第三阶段 小批量生产4台 2002年8－12月 49 销售收入160 利润61.76 购加工中心一台 2002年8月 50 7 / 26

小批量生产6台 2003年1－7月 19 销售收入240 利润92.64 项目执行期内，我厂从往年积累和职工入股的形式自筹资金80万元，银行贷款30万元投入项目的各个阶段，尚缺资金80万元，特申请科技型中小企业“技术创新基金”无偿资助60万元。 4.5 资金使用计划： 项目执行期内计划投资235万元，已完成投资45万元，需新增投资190万元，新增投资情况列表说明如下： 单位：万元 资金 阶段 新增 投资 企业自筹 创新基金资助 市科研发展计划 银行贷款

金额 到位时间 金额 到位时间 金额 到位时间 金额 到位时间 第一阶段 60 25 2001.8 25 2001.12 10 2002.1 第二阶段 12 7 2002. 5 5 2002.6 第三阶段 118 48 2002. 8 30 2002.10 10 2003.1 30 2002.9 5、主要技术经济指标对比 5.1 该产品国内生产出样机的独此一家，无对比性，现将我厂产品主要技术经济指标和德国Walter公司Mini Power五轴联动数控工具磨床主要技术经济指标（根据资料查询）对比如下： 性能 MKW6014 Walter Mini Power 工作台纵向最大移动量（X轴） 300 mm 350 mm 工作台横向最大移动量（Y轴） 150 mm 200 mm 垂直方向最大移动量 （Z轴） 120 mm 470 mm X、Y、Z轴分辨率 0.00125 mm 0.001 mm A轴分辨率 0.0025° 0.001° C轴分辨率 0.0015° 0.001° 砂轮最大直径 80 mm 150 mm

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数控技术论文五轴机床轨迹控制

数控技术论文五轴机床轨迹控制

数控技术论文-------五轴联动数控机床精度保证学院：机械科学与工程学院专业：机械设计制造及其自动化完成日期：2009 年 5 月 12 日五轴联动数控机床精度保证关键词：电主轴直线电机扭矩电机刀具刀柄轨迹计算内容提要：五轴联动机床简介、（董威）硬件的精度保证、（赵栋）加工轨迹的精度保证、（杨磊）一、五轴联动数控机床简介五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高，专门用于加工复杂曲的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。

现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。

即使是发达工业化国家，也无不高度重视。

近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。

机床是一个国家制造业水平的象征。

而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。

长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。

特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。

爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间谍船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。

五轴机床的种类有：摇篮式、立式、卧式、NC工作台+NC分度头、NC工作台+90°B轴、NC工作台+45°B 轴、NC工作台+ A轴°、二轴NC 主轴等。

五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。

五轴联动机床深度研究报告

五轴联动机床深度研究报告

五轴联动机床深度研究报告一、五轴联动机床结构五轴联动机床由机床主体、进给系统、控制系统和刀具系统组成。

机床主体主要由床身、工作台、主轴箱和转台组成。

进给系统包括进给轴和主轴箱的直线进给机构。

控制系统采用数控系统，可以实现自动化生产和高精度加工。

刀具系统包括刀架、刀柄和刀具。

二、五轴联动机床加工原理五轴联动机床采用五个坐标轴进行加工，可以实现工件在空间中任意位置的加工。

通过主轴和转台的旋转，以及进给轴的移动，可以实现工件的多轴联动加工。

五轴联动机床可以实现对工件的多面加工，提高加工精度和生产效率。

三、五轴联动机床应用领域五轴联动机床广泛应用于航空航天、汽车、模具制造、医疗器械等行业。

在航空航天领域，五轴联动机床可以加工复杂形状的零件，提高零件的精度和质量。

在汽车行业，五轴联动机床可以加工汽车零部件，提高生产效率和产品质量。

在模具制造领域，五轴联动机床可以加工复杂的模具，提高模具的加工精度和生产效率。

在医疗器械制造领域，五轴联动机床可以加工高精度的医疗器械零件，提高产品的质量和可靠性。

四、五轴联动机床发展趋势随着工业自动化水平的不断提高，五轴联动机床将会越来越广泛的应用于各个领域。

未来五轴联动机床的发展将呈现以下几个趋势：1.加工精度不断提高。

随着五轴联动机床结构和控制系统的改进，加工精度将会进一步提高，满足对高精度零件的加工要求。

2.加工效率不断提高。

随着五轴联动机床进给系统和刀具系统的改进，加工效率将会不断提高，提高生产效率和经济效益。

3.多功能化发展。

五轴联动机床将会具备更多的功能，可以适应更多的加工需求。

4.智能化发展。

五轴联动机床将会应用智能控制技术，实现自动化生产和智能化加工。

综上所述，五轴联动机床具有很高的加工精度和生产效率，广泛应用于航空航天、汽车、模具制造和医疗器械等领域。

未来五轴联动机床将不断提高加工精度和生产效率，实现多功能化和智能化发展。

五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用

五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用

五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用摘要：本文所涉及的数控加工系统是基于CATIAV5的功能模块建立的，通过对动龙门五轴联动的实体测量、建模、组装和整机模拟，实现数控加工过程的仿真。

同时根据本行业实际生产技术需要，结合VER- ICUTR软件零件切削过程仿真验证优势，建立CATIA与VERICUT两软件平台之间的宏联结，实现将机床运行数控程序过程中的过切、干涉、碰撞和欠切等错误消除在设讣阶段的U的，提高数控加工过程的可靠性。

LI前大型数控五轴联动在科研生产过程中，主要用于进行大型复杂航空零部件与工艺装备制造加工，因空间结构复杂，外形体积大，常出现零件首件过切，未加工到位，机床与零件或工装干涉，模锻件装夹定位不准确和加工超行程等问题，仅凭借数控编程技术人员个人经验，工作量庞大且复杂，难以克服。

针对五坐标数控加丄机床控制系统不具有数控加丄过程的动态模拟仿真功能，笔者结合虚拟制造技术，在计算机辅助制造软件(VERICUT 5. 4)平台基础上，开发了数控加工机床仿真系统模块。

该仿真系统可以在\C代码的驱动下运行，用以观察数控机床部件运动和零件的加工成形过程中空间运动状况，验证加工程序G 代码的正确性，防止实际加工过程中干涉和碰撞等故障发生。

该系统旨在以五坐标数控机床为验证工作机，研究FIDIA C20控制系统的驱动工作原理，建立数控加工中心仿真工作平台，进行典型回转曲轮轴和蒙皮锻金工艺装备五轴联动铳切的加工过程模拟。

涉及到仿真工作环境下的大型工艺装备装夹定位，确定数控参数库，模拟数控加工程序的运行过程等。

一、开发研究过程1.五坐标数控加工中心加工仿真系统技术研究比较同类型仿真系统现状，LI前技术能力可以建立儿何仿真系统，模拟计算刀具切削速度、切削量和切削时间等。

(1)软件系统研究方案制定与基础工作调试准备。

①方案制定：首先将VERICUT与CATIA软件功能模块测试验证联接;然后建立五轴联动数控加工中心机床结构与运动关系分析;最后生成五轴联动数控加工中心模拟系统。

五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法

五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法

五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法五轴联动数控加工是一种高精度、高效率的加工方式，可以实现对复杂曲面的加工。

在五轴联动数控加工中，刀具轨迹控制算法起着至关重要的作用，决定了加工精度和效率。

本文将介绍几种常见的刀具轨迹控制算法，并对其原理和应用进行详细阐述。

1. 五轴联动数控加工概述五轴联动数控加工是指在数控加工机床上，通过同时控制五个坐标轴的运动，实现对工件的加工。

相比于传统的三轴加工，五轴联动可以更加灵活地加工复杂曲面，提高加工质量和效率。

2. 刀具轨迹控制算法的作用刀具轨迹控制算法是五轴联动数控加工中的关键技术之一。

它可以根据工件的三维模型和加工要求，计算出刀具在加工过程中的运动轨迹，从而实现精确的加工。

刀具轨迹控制算法的好坏直接影响加工精度和效率。

3. 刀具轨迹控制算法的分类刀具轨迹控制算法可以分为两类：离散点算法和曲线插补算法。

离散点算法是指将工件曲面离散化为一系列离散点，然后通过逐点加工来实现曲面加工。

常见的离散点算法有直线连接法、圆心法和切点法等。

这些算法简单直观，适用于加工简单曲面。

曲线插补算法是指根据工件的曲线方程和刀具半径，通过插补计算出刀具的运动轨迹。

常见的曲线插补算法有圆弧插补法、曲线插补法和样条插补法等。

这些算法可以实现对复杂曲面的高精度加工。

4. 圆弧插补算法圆弧插补算法是五轴联动数控加工中最常用的一种刀具轨迹控制算法。

它通过计算刀具半径和工件曲线的切向方向，确定刀具的圆弧插补路径。

圆弧插补算法具有计算简单、加工效率高的优点，适用于多数加工场景。

5. 曲线插补算法曲线插补算法是一种更加精细的刀具轨迹控制算法，可以实现对复杂曲面的高精度加工。

曲线插补算法通过计算刀具在曲线上的切向方向和曲率，确定刀具的插补路径。

与圆弧插补算法相比，曲线插补算法需要更复杂的计算和控制，但可以实现更高的加工精度。

6. 样条插补算法样条插补算法是一种基于数学样条曲线的刀具轨迹控制算法。

它通过计算曲面上的样条曲线，将刀具的运动路径进行插补。