Research on Trajectory Optimization Method of Five-Axis CNC Machining

五轴数控加工技术在先进制造业中占有极其关键、重要的地位，它的发展状况已成为衡量一个机械制造企业技术发展水平乃至一个国家机械制造工业水平的重要标志之一。五轴数控机床适用于加工很多外形复杂的零件，比如发动机叶片、汽车和航空航天零件，在改善加工效率和加工精度方面表现出明显的优越性。由于复杂曲面零件形状复杂、精度要求高，加工轨迹复杂，在五轴加工轨迹优化方面需要进一步研究。本文主要在数控加工后置处理技术和五轴加工中的非线性误差问题两方面对五轴加工轨迹优化方法作了研究。针对三类常见类型的五轴数控机床，研究其结构特点，分别建立运动学模型，并利用旋转平移矩阵分析机床运动学变换关系，得到机床各轴运动坐标公式。根据机床结构类型的不同，旋转轴的运动坐标存在多解的情况。而受到具体机床结构的限制，各轴必须在其可行空间内运动，尤其是旋转轴。以工作台双回转型机床为例详细分析五轴机床旋转轴的可行空间，建立了刀位数据与机床运动轴的关系，完成后置处理算法的研究，生成满足机床可行空间的G代码。由于五轴机床在三个平动轴的基础上增加了两个旋转轴，在五轴加工中引入了非线性运动误差，严重影响加工精度。本文阐述了非线性误差的产生原因，建立非线性误差的简化模型，提出一种非线性误差的控制策略，通过最短路径算法优化机床运动轴运动量，从工件参数曲面出发计算非线性误差，将过切和欠切现象考虑在内插入刀位点，控制非线性误差