五轴数控加工中心刀具算法及农机零部件加工
时间：2020-03-15 07:56:52 来源：达达文档网 本文已影响 人 
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【摘 要】本文闡述在加工生产复杂的农机零部件中添加五轴数控加工技术，并运用自适应差分的计算方法来对加工的刀具轨迹进行合理优化的具体做法，以较好地提升农机零件加工的效率和精度。
【关键词】农机零部件 五轴数控加工 刀具算法
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2018）11B-0035-03
伴随农机科技水平的提升，其系统中与自动化控制系统相对应的高精度零件也变得非常复杂，尤其是加工技术，这一因素是阻碍现时期农机设计发展的重点问题。为了能够对相对复杂的农机零件高精度加工的问题处理好，在加工生产的工序当中添加五轴数控这种加工技术，并同时运用自适应差分的计算方法来对加工的刀具轨迹进行合理优化，可以较好地提升农机零件加工的效率和精度。具体来说，就是通过离线编程这一技术与 CAD/CAM 的集成系统及 NC 的代码，合理运用五轴数控技术，能够加工生产出曲面形状复杂的农机零部件。这种方法对于提升农机零件加工成效来说有非常重要的意义和作用。当前，我国大多数企业虽然已安装了五轴的机床，但很大一部分都不清楚和了解五轴数控加工技术的理论，也没有实践经验，没有切削参数与切削量的具体优化参考数据。特别是切削参数与切削量的相应优化对于农机零件的加工来说比较重要，因为其会直接给农机零部件的加工质量、加工精度带来影响。因此，如想把五轴数控加工的技术合理地添加到农机的复杂的零件加工当中，一定要深入研究和分析刀具加工技术中的参数与路径，从而才能更好地提升农机复杂零部件的加工安全性与稳定性。
一、集成化农机数控部件加工系统
伴随集成系统与刀具轨迹计算方法的发展，五轴数控加工成为零部件加工的重要工具，如果把其应用于农机复杂零件的加工当中，那么就能够良好地提升复杂零件的质量和加工的效率。五轴数控加工的机床是在三轴加工机床的基础上添设了两个可以灵活选择的轴。依据所采用的旋转方式的不同，通常会把经常使用的五轴加工机床划分成双摆头类、转台摆头类。
在三轴基础之上的五轴加工数控机床，如果从理论层面来对其进行剖析，其系统中的刀具位置是可以灵活地随意地变动的，这种人性化的设置可充分地减少刀具装夹操作所耗费的时间，不同程度地提升五轴数加工数控机床的加工效率，而且还可较大地延长刀具的使用寿命。因此在农机复杂零部件的加工过程中，合理性地运用五轴加工数控机床将能较大地提升零部件加工的效率。在运用五轴数控机床加工中心来对农机复杂零配件加工的时候，可使用相应的集成系统来对刀具轨迹实行有效优化。
这是基于五轴数控集成化的农机部件数控加工流程图。首先，明确农机的复杂零件的结构，掌握其加工时所运用的具体参数。其次，使用相应的集成系统来对农机零部件加工过程中所用的实际参数进行集成化操作，在系统中使用合理的计算方法对五轴数控加工中心的刀具进行优化。本文所采用的是自适应差分形式的计算法，并同时对刀具轨迹实施仿真模拟，以此来对五轴数据控加工中心的刀具加工的轨迹进行优化。最后，确定五轴机床中刀具加工的主要路径。
二、运用自适应差分算法优化五轴数控加工刀具轨迹
在五轴数控机床的加工过程中，其走刀的轨迹非常复杂。因为同时对多个轴进行控制时存在协同性的难度，所以如果想让数控机床中的每个轴都发挥出最大的功效，那么一定要对数控加工中心的刀具的轨迹做优化处理。我们在此运用自适应差分的算法来对五轴数控加工中心的刀具的轨迹实施具体优化。此为基于自适应差分算法进行的多轴走刀轨迹优化图。
基于自适应差分算法优化的多轴走刀轨迹优化图表示的是以自适应差分的算法为依托来对五轴数控加工中心的刀具轨迹实施优化，这一操作流程包含数据的初始化，适应函数与进化操作，以获得刀具优化轨迹的条件。在此操作过程中，初始和终止的位置可参照加工的零部件来给予具体明确。五轴数控加工路径与时间都是属于自变量，五轴数据控加工的路径能够用三次加工的多项式来表示，通过优化多项式中的系数，得出合理、科学的五轴数控加工路径。三次加工的多项式：
在这一多项式当中 θ 代表五轴数控的加工路径，t 代表五轴数控的加工时间，a 代表五轴数控的加工中待优化的参数。参照五轴数控加工的零部件结构，此加工的公式可获得加工初始时期和最终时期的参数，即
公式中的 T 代表五轴数控的加工周期，确切地说，就是五轴数控加工所耗费的时间。由此公式推算，得出优化系数是：
五轴数控机床刀具路径最短曲线优化目标函数是：
三、在农机零部件加工中五轴数控加工中心刀具算法的应用
为了有效地证明自适应差分法对五轴数控加工中心的刀具轨迹优化情况，我们可以选择凹凸类零件加工作为研究对象，对刀具进行具体的规划，并以现实的加工效果来检测五轴数控加工中心刀具算法是不是安全可靠。例如一种用于修剪果树的新型自动修剪机，它属于农业机械。因为该机器在传动过程中需要完成的动作非常复杂，所以机械的各位置会运用一些复杂的连接零部件，这给零件的加工增大难度。然而用五轴数控机床来加工复杂的农机零部件时，能够适当地对刀具的轨迹进行合理规划，让刀具保持曲线运行，从而加工出复杂零部件。为了确定刀具轨迹的优化算法具备可靠性，需对五轴数据控加工中心刀具的轨迹实施仿真的操作，以此来对其轨迹进行分析和研究。
通过算法编程技术获得刀具的实际运行线。五轴数控机床加工中心直接加工运行的过程，由此图可以发现，在曲线弯转的情况下，加工中会存在走刀的现象。这种情况会对加工的农机零部件质量产生较大的影响。在对其进行优化以后，会获得明显的优化效果。
通过这一刀具轨迹优化后的图片可以看出，与未进行优化操作以前的图片相比较，从刀具运行的轨迹看，在复杂部位增加了走刀过程的密集度，这样可以确保农机零部件复杂部位加工的精度。从零部件加工后的效果能够明显地看出农机零件加工的精度变得非常高，复杂部件的表面比没有进行刀具轨迹优化操作以前光滑得多，零部件加工后的毛刺也非常少，达到高精密加工水平，取得复杂性农机零配件加工的精密度。
但是需要注意的是，运用五轴数控进行加工的时候，由于刀具的矢量在不断地变化，并且计算也非常复杂，因此，为了充分有效地确保计算方法的安全可靠性，对刀具的运行轨迹进行优化后，要进行仿真模拟测试，即要对刀具的运行轨迹进行仿真模拟操作和相应的测试实验，经过测试合格后，才能进行实物加工。
总的来说，加工复杂性农机零件的时候，选择五轴数控加工机床，通过运用离线编程法、集成化系统与自适应差分的刀具轨迹优化法，可明显提升加工的精度，使加工出的零部件的表面获得理想的光滑度，有效地满足农机复杂零部件的高精度加工需要。这种加工方法为现时期的农机复杂性零部件加工指明新的方向，较好地促进我国农机产品和农业的快速可持续发展，为我国创造出更大的社会效益和经济效益。
【参考文献】
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[2]丁 汉，毕庆贞，朱利民，等.五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真[J].科学通报，2010（25）
[3]王 晶，张定华，罗 明，等.复杂曲面零件五轴加工刀轴整体优化方法[J].航空学报，2013（6）
（责编 卢建龙）
