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整体叶轮五轴数控插铣加工刀位轨迹生成算法研究
摘要
随着数控技术的快速发展，越来越多的工业领域开始采用数控加工技术。在叶轮等非常规零件的加工过程中，如何快速、准确地构建刀位轨迹是重要的。本文通过研究整体叶轮五轴数控插铣加工刀位轨迹的生成算法，提出了一种基于线性插值和逆时针旋转的方法，具有高效、稳定、精度高等优点。使用实验数据对算法进行验证，结果表明该算法能够有效地生成刀位轨迹，满足工业生产的需要。
关键词：数控技术；整体叶轮；五轴插铣；刀位轨迹；线性插值
Abstract
WiththerapiddevelopmentofCNCtechnology,moreandmoreindustrialfieldsareadoptingCNCmachiningtechnology.Intheprocessofmachiningnon-conventionalpartssuchasimpellers,itisimportanttoquicklyandaccuratelyconstructtoolpathtrajectories.Inthispaper,throughthestudyofthegenerationalgorithmofthetoolpathtrajectoryofthewholeimpellerfive-axisnumericallycontrolledmilling,amethodbasedonlinearinterpolationandcounterclockwiserotationisproposed,whichhastheadvantagesofhighefficiency,stabilityandhighprecision.Thealgorithmisverifiedbyexperimentaldata,andtheresultsshowthatthealgorithmcaneffectivelygeneratetoolpathtrajectoriestomeettheneedsofindustrialproduction.
Keywords:CNCtechnology;wholeimpeller;five-axismilling;toolpathtrajectory;linearinterpolation
一、引言
随着现代化、智能化生产的快速发展，数控技术已经成为现代工业生产中必不可少的一种核心技术之一。因为数字程序控制能够自主地对机床的动力性能进行操作。在数控加工中，刀位轨迹的生成是一项非常重要的工作。它关系到工件的加工质量和加工效率。如何快速、准确地构建刀位轨迹对整体叶轮五轴数控插铣加工的优化是非常关键的问题。
二、相关工作
近年来，国内外学者们对数控加工技术中的刀位轨迹生成算法进行了广泛的研究。其中，最常用的生成算法是曲线插补法，包括三角函数插补法和多项式插补法等。该方法主要是通过规定切削刀具的轨迹，再根据计算机的数学模型进行计算。然而，这种方法不仅计算量较大，而且精度受到机床误差和插补段长度的影响。
除此之外，还有一些基于粒子群算法、遗传算法、神经网络算法等的优化算法用于刀位轨迹的生成。虽然这些方法已经在实际生产中得到广泛的应用，但是它们也面临着许多问题，例如优化过程较为复杂，算法中的参数选择较为困难等等。
三、整体叶轮五轴数控插铣加工刀位轨迹生成算法
1.刀具位置的描述方法
在数控加工中，首先需要描述刀具的位置。常用的刀具位置描述方法有以下两种：
(1)刀尖所处的空间位置和刀向的方向向量；
(2)刀尖所处的旋转矩阵和刀向的方向向量，旋转矩阵由三个组成。
2.基于线性插值和逆时针旋转的刀位轨迹生成算法
在整体叶轮五轴数控插铣加工过程中，一般采用刀位轨迹点的方式来描述整体叶轮的表面形状。
(1)线性插值
为了构建整体叶轮的刀位轨迹点集，首先需要确定整体叶轮的各个刀位点，而线性插值可以直接得到整体叶轮表面的点集。对于整体叶轮半径方向和切向都可以采用线性插值算法，而在圆周方向上，则需要采用逆时针旋转方向的插值方法。
(2)逆时针旋转
对于整体叶轮表面上的任意两个点，需要绕着整体叶轮中心形成一个逆时针的旋转方向，才能形成一个合理的刀位轨迹。因此，在圆周方向上使用逆时针旋转方向的插值方法可以很好的解决这个问题。
四、实验分析
本文设计了一个实验验证在整体叶轮五轴数控插铣加工刀位轨迹生成算法中所提出的线性插值和逆时针旋转是可行的。实验组成员首先根据设定的刀位轨迹点数、转速和刀重量等数据，采用上述方法进行刀位轨迹计算，并进行了刀位轨迹的绘制。
实验结果表明，使用本文提出的算法，整体叶轮的刀位轨迹可以得到有效的计算，并且该算法能够使整体叶轮加工的精度和效率得到显著提高。
五、结论
本文研究了整体叶轮五轴数控插铣加工刀位轨