零部件加工中五軸數(shù)控加工中心刀具算法應(yīng)用研究

江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江西萍鄉(xiāng) 337000

1 基于CAD/CAM的農(nóng)機(jī)部件綜合數(shù)控加工系統(tǒng)

由于集成了CAD/CAM系統(tǒng)和刀具路徑優(yōu)化算法的開發(fā)，五軸加工中心已成為加工復(fù)雜零件的主要工具。多用于加工復(fù)雜零件，可有效提高加工效率和質(zhì)量。基于三軸機(jī)床，五軸數(shù)控機(jī)床增加了兩個(gè)可選軸。基于三個(gè)軸，五軸數(shù)控機(jī)床的位置可以任意改變，有效地減少了夾具的使用壽命。因此，當(dāng)加工農(nóng)業(yè)機(jī)械的復(fù)雜零件時(shí)，零件的加工效率顯著提高。當(dāng)使用5軸CNC加工中心加工農(nóng)業(yè)機(jī)械零件時(shí)，可以使用集成的CAD/CAM系統(tǒng)來優(yōu)化刀具路徑。處理參數(shù)集成到CAD/CAM系統(tǒng)中，并使用適當(dāng)?shù)乃惴▋?yōu)化工具。通過對(duì)刀具軌跡進(jìn)行建模，使用自適應(yīng)差分算法優(yōu)化刀具軌跡，最后確定五軸銑床的主刀具路徑[1]。

2 基于自適應(yīng)差分算法的五軸農(nóng)機(jī)件數(shù)控加工刀具軌跡優(yōu)化

該過程如圖1所示。圖1顯示了基于自適應(yīng)差分開發(fā)的刀具路徑優(yōu)化過程。算法的過程包括數(shù)據(jù)初始化，健康功能和進(jìn)化過程，最后確定優(yōu)化刀具路徑的邊界條件。初始控制位置和結(jié)束位置的確定可以根據(jù)所述處理部件處理路徑和處理時(shí)間來確定是獨(dú)立變量，以處理路徑可以表示為加工時(shí)間的三次多項(xiàng)式，并且通過優(yōu)化多項(xiàng)式系數(shù)獲得的最佳處理路徑。

圖1 基于自適應(yīng)差分進(jìn)化的多軸走刀軌跡優(yōu)化

3 基于自適應(yīng)差分算法的五軸農(nóng)機(jī)零件數(shù)控加工刀具軌跡調(diào)整

由于五軸數(shù)控加工較為復(fù)雜，為了協(xié)調(diào)多軸同步控制，必須優(yōu)化刀具路徑以實(shí)現(xiàn)每個(gè)軸功能的最佳實(shí)現(xiàn)。本文使用自適應(yīng)差分算法來優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械零件的CNC加工路徑。基于自適應(yīng)差分進(jìn)化，算法過程包括初始化數(shù)據(jù)，自適應(yīng)函數(shù)和進(jìn)化計(jì)算。最后，我們定義了優(yōu)化刀具路徑的邊界條件。初始測(cè)試位置和結(jié)束位置可由工件確定。處理路徑和處理時(shí)間是獨(dú)立變量，處理路徑可以用三個(gè)多項(xiàng)式來代表處理時(shí)間。通過優(yōu)化多項(xiàng)式的系數(shù)從而得到最好的處理路徑。

4 五軸數(shù)控加工中心刀具算法應(yīng)用于農(nóng)機(jī)配件的加工

為了進(jìn)一步驗(yàn)證適應(yīng)微分算法在五軸機(jī)床刀具軌跡優(yōu)化算法中的實(shí)際應(yīng)用，特意研究了凹凸機(jī)床復(fù)雜零件的加工，設(shè)計(jì)了刀具路徑。實(shí)際處理結(jié)果也從另一方面證實(shí)了算法的可靠性。用于切割機(jī)器人屬于新型自動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械，其在轉(zhuǎn)移過程中的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)就決定了其經(jīng)常要在其連接處使用復(fù)雜的凸凹配件，從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)設(shè)備的加工零件的復(fù)雜性極高。五軸數(shù)控加工中心可以對(duì)刀具路徑進(jìn)行合理規(guī)劃，這樣工具就可以完成曲線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工。為了檢查刀具路徑優(yōu)化算法的可靠性，有必要使用刀具路徑建模方法進(jìn)行理論研究。使用算法編程方法獲取工具曲線。對(duì)于更復(fù)雜的表面零件，很少有加工工具對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作部件的質(zhì)量有重大影響。在優(yōu)化和優(yōu)化比較之前，刀具路徑增加了復(fù)雜零件中的槌的密度。精密加工工藝提供高零件復(fù)雜性，零件精度高，表面光滑，加工毛刺小，加工精度高，可滿足農(nóng)機(jī)復(fù)雜零件加工精度要求[2]。

5 五軸數(shù)控加工中心刀具算法在農(nóng)機(jī)零部件加工中的應(yīng)用測(cè)試

我們使用五軸機(jī)床刀具對(duì)軌跡算法的準(zhǔn)確性及自適應(yīng)能力算法進(jìn)行了詳細(xì)的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)證明一個(gè)復(fù)雜的剪切機(jī)，刀具路徑和實(shí)際處理效果測(cè)試算法的凸和凹部分與測(cè)試結(jié)果的差異在可允許的范圍內(nèi)，從而也體現(xiàn)了算法的可靠性和準(zhǔn)確性。

圖2是一種新型農(nóng)業(yè)果樹修剪機(jī)械，可自動(dòng)完成對(duì)果樹的修剪工作。由于此機(jī)械必須在轉(zhuǎn)移過程中進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，因此在連接部件中經(jīng)常使用復(fù)雜的凸凹配件來加工農(nóng)業(yè)機(jī)械零件的加工零件。這就給零部件的加工帶來了很大的困擾，而采用五軸CNC加工中心則可以智能地規(guī)劃刀具的運(yùn)動(dòng)曲線軌跡，使刀具完成相應(yīng)的曲線的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的完美加工。

圖2 實(shí)驗(yàn)加工零部件使用的機(jī)型

本文首先從CAM與CAD方面對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械組件的集成的CNC加工系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，然后重點(diǎn)對(duì)于CNC五軸數(shù)控加工農(nóng)業(yè)機(jī)械零件的自適應(yīng)差分算法基礎(chǔ)上確定創(chuàng)建工具路徑調(diào)整。最后，介紹了農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件五軸數(shù)控加工中心的儀器算法。最后，希望通過本文的研究?jī)?nèi)容，能夠?qū)ξ磥硌芯繉W(xué)者提供一定的幫助和指導(dǎo)。