五軸數控加工在航空航天工業中發揮著重要作用
五軸數控加工在航空航天工業中發揮著重要作用，例如葉盤加工。涉及的關鍵問題是刀具路徑規劃中刀具姿態的確定。由于干涉會導致刀具侵入工件或機床，從而嚴重損壞刀具或機床，因此必須合理規劃刀具姿態以避免干涉。同時，由于產生顫振不可避免地會降低加工表面質量，因此也必須消除顫振。在本文中，首先通過幾何分析和加工動力學分析識別無干涉和無顫振的刀具姿態，構建姿態可達性和穩定性圖（PASD）。此外，由于表面粗糙度是評價工件表面特性的重要特征，一般應盡量減小，因此也建立了其預測模型進行優化。眾所周知，由于不可避免的刀具變形力（CDF），表面粗糙度主要受刀具偏轉的影響。通過分析表面粗糙度與最大CDF的關系，從新的角度提出了一種新的表面粗糙度預測模型，即最大CDF。與僅考慮幾何的傳統預測模型相比，所提出的預測模型更加直觀，預測結果更加準確（平均預測誤差僅為9.0%左右）。該研究表明，刀具姿態對表面粗糙度有很大影響，這意味著可以從新的角度（刀具姿勢）優化表面粗糙度。最后，基于提出的PASD和表面粗糙度預測模型，提出了一種新的刀具姿態優化算法來最小化表面粗糙度。該算法同時考慮了幾何約束和動力學約束（干涉和顫振），并通過不同刀具姿態下的加工實驗進行了驗證。根據驗證實驗，所提出的算法可以有效避免干擾和顫振，同時最小化表面粗糙度（優化后的 Ra 僅為 0.3589 μm，而正常的 Ra 為 0.5476 μm）。據作者所知，這是第一次同時考慮以下三個方面來優化刀具姿態：避免干擾，消除顫振并降低表面粗糙度。它將大大提高加工表面性能，同時優化機床和刀具的利用率（通過避免各種潛在損壞來延長其使用壽命）。這也將為從刀具姿態優化復雜精密零件的加工過程提供新的視角，對航空航天工業具有重要意義。
