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零部件加工中五軸數控加工中心刀具算法應用研究（jiū）

2019-7-22 來源：台州（zhōu）技工學校（xiào）作者：何禛

摘　要：為了解決零部件精（jīng）密加工這一（yī）複雜問題，在（zài）加工過程中引入五軸數控加工，通（tōng）過對刀具路徑自適應微分算法的（de）優化，它可以有效（xiào）提高農業機械的加工效率和加工精度的複雜部分。實際測試（shì）結果表（biǎo）明，數控（kòng）係（xì）統可以獲得複雜農機部件的精密加工效果（guǒ），為（wéi）複雜加工提供了新的方向。

關（guān）鍵詞：零（líng）部件加工；五軸數控；加工中心；刀（dāo）具算法

由於我國農業現代（dài）機械化（huà）水平越來（lái）越高，導致現在的農（nóng）業機械（xiè）對自（zì）動控製的部件精度也越來越高，而影響部件精度的主要關鍵問題是機械（xiè）加工技術，對複雜（zá）的曲（qǔ）麵（miàn）進行加工對於提高加工效率是具有非常（cháng）高的意義的。但是，當（dāng）前我國企業使用的五軸機床大部門都沒有使（shǐ）用相關的經驗以及理論（lùn）來進行五軸數控加工。對於部件（jiàn）加工來說，切削量的優化是（shì）提（tí）高複雜（zá）零件加工精度（dù）的有效方法。所以，如果企業采用了五軸數控加工技術，需（xū）要引進農業機械在複雜零件的製造過程中先研究刀具加工參數以及加工的路線，這樣來提供農業機械零（líng）件的加（jiā）工水平。

1、基於 CAD / CAM 的農（nóng）機部件綜合數控加（jiā）工係統

　　隨著（zhe） CAD/CAM 集成（chéng）係統和刀具路徑優化算法的發展，五軸加工中心已成為複雜零件的主要（yào）加工工具。如（rú）果用於加工（gōng）機械零件，可以有效提（tí）高加工效率和質量。基於三軸機床，五軸數控機床增加（jiā）了兩個可選軸。在三軸的基（jī）礎上，可以任（rèn）意改變五（wǔ）軸數控機床的位置，有效（xiào）縮短夾具的使用時間。因此，在複雜的農機零件加工中，零件的加工效率將大（dà）大提高。在用 5 軸數控（kòng）加工中（zhōng）心加（jiā）工農機部件時，可以使用 CAD/ AM 集成係統來（lái）優化刀具路徑。加工（gōng）參數與 CAD/CAM係統集成，並使用相關算法對刀（dāo）具進行（háng）優化。通過刀具軌跡仿真，利用（yòng）自適應（yīng）差分（fèn）算法（fǎ）對刀具軌跡進行（háng）優化，最終確（què）定了五軸銑床（chuáng）的主要刀具軌跡。

2、基於自適應差分算（suàn）法的五軸農機零件數控加工（gōng）刀（dāo）具軌跡調整

　　由於（yú）五軸數控加工複雜的導線，為了（le）協調多軸（zhóu）同步控製，必須優化刀具路徑，實現各（gè）軸功能的最佳實現。本文采用自適應微（wēi）分算法對農（nóng）機部件的數控加工刀具軌跡進行優化。基於自適應差分進化，算法過程包括數據初始化，自適應函數和演化計算。最後確定優化刀具路徑的邊界條（tiáo）件。初始測試位置和結束位置可以根據（jù）加工（gōng）零件確定。處理路徑和處理時間是獨立變量，處理路徑可以表示為三個處理時間（jiān）多項式。通過優化多項式係數來獲得最佳處理路（lù）徑。三次擬合多項式為：

其中，θ 代表代表（biǎo）處理（lǐ）路徑 ;t 是處理時間 ;a 代表（biǎo）要優化的參數。初（chū）始和最終（zhōng）處理參數根據農業機械部件的結構來確定：

其中，T 是在加工循環中加工五（wǔ）軸數控機床的時間。在此基礎上，可以將三次（cì）多項（xiàng）式的優化係數作為五軸數控加工中心刀具路徑規劃中最短樣條（tiáo）曲線優化的目標函數進行計（jì）算。

其（qí）中，T 是加工循環中（zhōng） 5 軸數控機（jī）床的時間。在此基（jī）礎上，可以估計（jì）三次多項式優化係數是五軸數控加（jiā）工中心最短的樣條曲線優化目標（biāo）函數。

其中，ix 表示加工 5 軸數控機（jī）床 i 所需的時間 ;n 表示數控（kòng）加工點中的點數 ;ξ 代表基本的加工（gōng）工具粘合劑約束，其中 ξ>0;.θ 、.θ 、...θ 、τ 分別表征加工刀具的角速度，角加（jiā）速度，角加速度和位移矩。給出了角速度約束，角加速度約束（shù），角加（jiā）速度約束和（hé）關節扭矩約束。Ture表示可以通過降低適應性而將其置於約束內（nèi）的二進製表達式。最佳的刀具軌跡位置（zhì）在ti或者(ti，ti+1) 區間，則：

其中，.θ 指示工具最佳位置的絕對值 ; θ刀具處於最佳位置時速度的絕對值 ; ixθ ,i=1,2,…,n-1表示區間（ti，ti+1）中絕對（duì）值的最大值，優化後的參數直接輸入到 CAD/CAM 集成（chéng）係統中。可以優化（huà） 5 軸數控機床的刀具路徑。

3　、五（wǔ）軸數控加工中心刀具算法應用於農機配件的加（jiā）工

　　為了驗證自適應差分（fèn）算法在五軸機床刀具路徑優化算法中（zhōng）的（de）實際應用，研究了凹凸切削機床複雜零件的加（jiā）工過程，設計了刀具（jù）路徑。實際的處理結果驗證了算法的可靠性。一種新型（xíng）自（zì）動修剪機器人農業機械由（yóu）於其傳動過程中的複雜運動，經常在其關節處（chù）使用（yòng）複雜的凸（tū）形和凹形配件，這給農機零件的加工帶來了更（gèng）多的麻煩；五軸數控加工中（zhōng）心（xīn）可合理規劃刀（dāo）具路徑（jìng），使刀具完成曲線運動，實現複雜零件的加工。為（wéi）了驗證刀具路徑優化算（suàn）法的可靠性，有必要使用刀具路徑模擬方法進行理論研究。使用算法編程技術來獲得工具曲（qǔ）線（xiàn）。在較複雜的表麵部件中，加工工具很少，這對農機部件的（de）加工質（zhì）量影響（xiǎng）很大。在優（yōu）化和優化比（bǐ）較之前，刀（dāo）具軌跡（jì）增加了複雜零件中行走工具的密度。這種加工方（fāng）法精度高，保證了零件（jiàn）的複雜、零件的高精度、複雜的表麵光滑、加工毛刺少、加工（gōng）精度（dù）高，能滿足農機（jī）零件（jiàn）複雜零件（jiàn）的精密加工。

4、　結論

　　本文首先介紹（shào）了基於CAD/CAM的農機部件綜合（hé）數（shù）控加工係統（tǒng），然後闡述了（le）基於自適應差分算法的五軸農機零件數控加工刀具軌跡調整，最後介（jiè）紹了五軸數控加工（gōng）中心刀具算法（fǎ）應用（yòng）於農機配件（jiàn）的加（jiā）工（gōng）的例子。最後希望通過（guò）本文的研究，對今後的專家學者研究相關的（de）課題有一定的幫助與借鑒作用（yòng）。

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