五軸聯動數控工具機技術現狀與發展趨勢

2020-03-10     國機展覽


五軸聯動數控工具機是一種科技含量高、精密度高專門用於加工複雜曲面的工具機,這種工具機系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業有著舉足輕重的影響力。 目前,五軸聯動數控工具機系統是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。


國內外研究現狀

陳則仕,張秋菊2005年提出一種五軸聯動機器人運動學建模與仿真研究,探討在VC++6.0集成編程環境下,調用OpenGL實現機器人的建模與仿真。對一種五軸聯動機器人首先建立幾何模型,對其正逆運動學問題進行分析求解,然後建立友好人機互動介面,對機器人示教再現過程進行模擬,最終實現讓機器人走空間直線路徑的軌跡規劃仿真。該方法為五軸聯動機器人研究開闢新的道路,為五軸聯動機器人的實用化做好理論實踐經驗。

趙世田,孫殿柱,孫肖霞2006年提出基於UG/POST五軸聯動加工中心專用後置處理器的研發,通過結舍UG/Post Builder後置處理器開發工具和上述後置處理算法,開發了該工具機的專用後置處理器,並通過試驗進一步驗證了該後置處理器的正確性和實用性。

德國茲默曼公司2007年開發出FZ25龍門銑床,標誌著Zimmermann(茲默曼)公司再次擴展了其高度專業化的五軸聯動HSC龍門銑床的應用範圍。FZ 25非常適合大工件的乾式切削,尤其是輕型的復合材料的加工,例如碳纖維和玻璃纖維強化塑料、環氧樹脂、亞安酯、聚苯乙稀等。

杜玉湘,陸啟建,劉明燈2007年提出五軸聯動數控工具機的結構和應用,介紹了五軸聯動數控工具機的幾種結構及其特點和發展趨勢;闡述了幾種五軸聯動工具機加工的加工造型、編程(CAD/CAM系統)及其優缺點;詳細描述了五軸聯動數控工具機對數控系統的要求及四開公司五軸聯動數控系統的關鍵參數;列舉了四開公司歷年來參展的五軸聯動數控工具機及現場加工工件的情況。

燕紅波,楊慶東,劉芳在2007年提出五軸聯動的數控加工技術的研究及應用,五軸聯動加工以其高柔性,高復合性,優良的切削位置姿態贏得越來越多用戶的青睞,但編程的抽象和操作的複雜已經成為提高數控加工技術的一大瓶頸問題.本文介紹了多軸聯動數控加工中心的結構模型,提出了基於典型的CAD/CAM軟體UG的多軸後處理方法和加工實例,並對某一新型的五軸聯動工具機闡述了其各軸的坐標變換關係,開發了後處理系統,為多軸聯動加工方案的制定提供了參考。

李培楠,郭銳鋒,黃艷等在2008年提出四元數五軸聯動插補算法的研究,設計一種基於四元數五軸聯動的插補算法,不僅簡化了插補計算量,同時能夠使刀具從一點平穩的運動到另一點,而且插補的軌跡更光滑連續.文章引入四元數理論,重點研究了四元數在構造數學模型和運動變換中的應用,並在Matlab中成功的進行了仿真.實驗結果表明了該算法的可行性。四元數是最簡單的超複數,那可不可以引入其他元數理論,產生的效果將會是怎麼樣呢?

劉士玉,徐樹洛在2008年提出五軸聯動龍門加工中心現狀與發展探討,通過對五軸聯動龍門加工中心現狀的分析,總結了工具機總體結構特點,找出了國內外工具機在技術上的差距。提出了高端工具機發展的相關理念。高端工具機也意味著高技術,高投入和高產出。向高端技術發展,是我國民族企業必須要有的念頭,更是民族企業做大做強的必由之路。

張曉輝,於東,胡毅等2009年提出一種新型五軸聯動數控系統的研究,詳細描述了該五軸聯動數控系統的結構,對其中的RTCP模塊和基於四元數的空間運動學變換模塊進行了重點探討,並對該數控系統進行了測試.實驗結果表明該數控系統具備一個工作程序在不同結構的工具機進行加工的功能。

黃堪豐,張平,簡啟廉在2009年提出基於NURBS曲線的五軸聯動數控插補算法研究,針對複雜曲面實際加工中五軸線性插補存在的不足,研究一種基於雙NCRBS曲線的五軸聯動插補算法,能有效提高零件加工效率與表面精度;同時對插補前進行三次樣條曲線加減速處理,減小加加速度階躍性變化對工具機造成的往復振動;通過UG二次開發成雙NCRBS樣條代碼實例,表明其具有顯著的優越性。

李洪波2009年提出五軸聯動加工技術的探討,過去,五軸聯動技術都掌握在歐美H等已開發國家手中,嚴禁向中國出口。但是,隨著中國國內對該項技術的迫切需求,國外的禁運狀況有所緩解,同時,國內一些數控系統廠商,如華中數控大森數控等,也都適時推出了具有自主智慧財產權的五軸聯動數控系統,使得五軸聯動加工終於揭開神秘面紗,得到了越來越廣泛的應用。

魏華亮2009年提出基於並聯技術高速加工大型工件的車載式五軸聯動工具機,基於並聯技術,設計了高速加工大型工件的車載式五軸聯動車床,採用核心模塊的並聯機構僅有6個關節、10個自由度,相對前一代並聯車床的關節數及自由度數大為減少,剛性,動態性能及高速性能大幅提高。

徐正平2009年創新是工具機發展的不懈動力——CIMT2009加工中心評述,通過對我國和歐美及日本等已開發國家所展的五軸聯動數控車床進行介紹,對比國內和國外的產品,找出差距,從而得出創新是工具機發展的不懈動力的論點。

葛榮雨,馮顯英,郭培全2009年基於五軸數控工具機弧面凸輪廓面創成方法研究,:根據弧面凸輪廓面的成形運動分析。主軸擺動單轉台和雙轉台兩大類通用五軸聯動數控工具機可以用於等價創成弧面凸輪廓面。基於弧面凸輪廓面的數學模型。求解了兩大類數控工具機創成廓面時的運動坐標,並進行了弧面凸輪廓面的創成仿真。

焦恩璋,陳美宏2009年五軸聯動工具機的軌跡控制研究,在分析了目前的數控加工自動編程系統後,提出了一種以仿真實現五軸聯動工具機軌跡控制的新方法。該方法首先從提取加工路徑信息入手,建立了仿真所需要的驅動函數。然後在ADAMS平台上。從加工起點發起仿真運動。加工過程仿真產生的各軸運動參數信息,直接為五軸聯動工具機的數控編程提供了控制依據。一個圓柱凸輪加工仿真的實例證明,用仿真結果替代傳統控制算法,使得五軸聯動車床的數控編程變得更加容易和快捷。該方法同樣適合解決其它多軸聯動設備的軌跡控制。

李彩霞,楊潔明在2010提出基於五軸聯動數控系統刀具半徑補償的研究,在深入研究平面刀具半徑補償原理的基礎上,推導出了一種適合直線插補的二維刀具半徑補償通用公式,並結合空間變換原理,將三維空間內的刀位點投影到二維平面內,確定半徑補償方向,得出了三維空間刀具半徑補償的算法。有沒有多維空間刀具半徑補償的算法呢,將來是不是可以向這個方向發展?

莊朱協,王煒 ,嚴岳剛在2010年提出年基於加速度雙曲線的五軸聯動NURBS曲線插補算法,指出該算法是三次樣條曲線的特例。提出「如果某種加減速方法無法解決高階連續問題,不妨把該方法用於更高一階圖像」的結論。論證了節點矢量預估計算公式中V值的參數應為t。通過計算比較直接插補和預處理再插補的計算量,論證了後者能有效減小計算複雜度。

展望

代表工具機製造業最高境界的是五軸聯動數控工具機系統,從某種意義上說,反映了一個國家的工業發展水平狀況。五軸聯動數控車床在工業生產中占有非常重要的作用,而且現在出現了新的特徵,五軸聯動數控技術正在向高速、高效率、高可靠性、高精度、復合化、智能化、網絡化、柔性化、綠色化等方向發展,我國由於工業底子薄,裝備製造業水平比較低,生產出來的五軸聯動數控車床質量跟歐美和日本產品還存在一定的差距,落後就要挨打,面對歷史因素和現實的緊迫性,我國要想在接下了發展空間中占有一席之地,就需要做到以下幾點:

加大研發資金投入力度,加大加強基礎理論研究,為設備研究做好理論準備。

研究外國先進設備技術,深研其中的核心知識。在仿照的基礎上進行創新。

研究國內外五軸聯動技術的發展方向,做到先人一步開展研發。

了解國內外各個用戶群體的需要,開發出適合不同用戶需要的設備。

創新是保持領先的內在要求,沒有創新就沒有進步。國家應該鼓勵企業進行五軸聯動技術的研發。

在保護好自己核心技術的前提下與其他先進企業進行技術交流。

大力發展高端五軸聯動車床,實施精品工程。

四、小結

五軸聯動數控工具機已經成為當今加工工業最重要的加工工具,隨著工業化的深入,五軸聯動數控工具機必將應用於更加廣泛的領域,但是我國裝備製造業水平還比較低,五軸聯動作為關鍵設備,打破國外技術壟斷,實現高端工具機自給自足,實現「中國裝備裝備中國」任重而道遠,國內製造企業必須尋求突破,以高端產品為點,帶動其他低端產品,繼而實現產全線啟動市場。


關注最新技術 第十五屆中國國際工具機工具展覽會(CIMES2020)將於2020年5月18-22日,在北京中國國際展覽中心新館(順義)舉辦,歡迎您蒞臨指導。

文章來源: https://twgreatdaily.com/4Actw3AB3uTiws8KR7NN.html