五轴联动高速加工螺旋桨叶轮的关键技术研究
数控机床的前沿技术与发展现状
数控机床的前沿技术与发展现状《专业前沿讲座》结课论文题目：数控机床的前沿技术与发展现状数控机床的前沿技术与发展现状摘要：20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展，于是便产生了数控机床这个新兴的加工设备。
我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。
机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到国际市场带来的压力。
大力发展我国机床制造业是改变目前现状的唯一途径。
关键词：前沿技术，创新，加工技术，现状，发展趋向。
1.数控机床的前沿技术1)机床的结构创新a.串并联结合的TriCenter。
b.超声振动加工技术。
2)高速加工机床3)多轴联动加工机床2.数控机床的优势特点及发展现状数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围复盖很多领域:(1)机械制造技术,(2)信息处理.加工.传输技术:(3)自动控制技术,(4)伺服驱动技术,(5)传感器技术:(6)软件技术等.计算机对传统机械制造产业的渗透.完全改变了制造业.制造业不但成为工业化的象征.而且由于信息技术的渗透。
使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地。
利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面，而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。
同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。
由于采用了自动控制方式，加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。
所以劳动强度很低。
数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。
1）数控机床产业的发展现状据初步统计，近年来数控机床产量持续地以年均增长超过30%的速度快速增长。
五轴加工编程技术分析与实践研究
1 刀具 D6R3 钨钢加长立铣刀
2 切削方法
叶片精加工
3 刀轴
自动
4 深度模式 从包覆插补至轮毂
5 残余高度
0.003
6 余量
0.05mm
0.0mm
7 主轴转速 10000rpm 15000rpm
8 进给率 400mmpa 400mmpa
4 叶轮的轮毂半精与精加工 叶轮的轮毂是一个变化较大的曲面，轮毂曲面要求与叶
叶轮的精度比较高，选择五轴加工中心一次装夹中完成 整个叶轮的粗精加工。以工件的顶面圆心点为工件的编程原 点。材料为锻铝合金，应用 UG 编程软件，叶轮的外型粗、精 加工编程时可选择型腔铣定轴加工，编程设置的参数如表 1。
表1
叶轮外型粗 / 序号 名称 外型粗加工参数 外型精加工参数
精加工示意图
1 刀具 D12 钨钢立铣刀 D6R3 钨钢立铣刀
2 切削方式 跟随周边铣
曲面驱动
3 刀轴
+ZM 轴
+ZM 轴
4 每刀切削量 0.5mm
0.08mm
5 步距 刀具直径 75% 刀具直径 20%
6 余量
0.3mm
0.0mm
7 主轴转速 5000rpm
9000rpm
8 进给率
2000mmpa
800mmpa
2 叶轮的叶片粗加工 叶轮的叶片复杂曲面造型，不但造型难度较大，在切削
片相似，因此，该曲面需经过半精与精加工完成达到要求， 在 UG 软件编程时可以直接选用轮毂精加工方式，编程设置 的参数如表 4 所示。 5 叶轮的圆角精加工
叶轮的圆角精加工采用五轴联动加工，在 UG 软件编程时 可以选用可变轮廓铣加工方式，编程设置的参数如表 5 所示。 6 叶轮的轴承孔粗、精加工
水涡轮机叶片五轴联动数控加工技术
五轴联动数控加工技术能够实现高精度的加工，并且能够提高加工效率，减少加工 时间和成本。
五轴联动数控加工技术的优势
高精度
五轴联动数控加工技术能够实 现高精度的加工，从而保证工
件的尺寸和形状精度。
技术发展历程
随着计算机技术的进步和数控机床的升级换代，五轴联动数控加工技术经历了从简单到复杂、从低效到高效的发 展历程。从最初的3轴联动到现在的5轴联动，加工精度和效率得到了极大的提高，为水涡轮机叶片的制造提供了 强有力的技术支持。
02
五轴联动数控加工技术基础
五轴联动数控加工技术原理
五轴联动数控加工技术是一种先进的加工技术，它通过同时控制五个轴的运动来实 现对复杂形状的高效加工。
水涡轮机叶片的特性
结构复杂
水涡轮机叶片通常具有复 杂的曲面和内部结构，需 要高精度的加工技术来保 证其性能和稳定性。
材料硬度高
水涡轮机叶片通常采用高 硬度、高强度材料，如钛 合金、镍基合金等，加工 难度较大。
精度要求高
水涡轮机叶片的精度要求 极高，其尺寸、形状和位 置公差都需要控制在很小 的范围内。
03
医疗器械领域
五轴联动数控加工技术在医疗器械领域也有广泛应用，如人工关节、牙
科种植体等复杂医疗器械的制造，能够满足医疗器械行业对高精度、高
品质的要求。
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加工过程中的热变形控制
总结词
热变形是五轴联动数控加工过程中的常见问题，可能导致加工误差和产品质量下降。
详细描述
控制热变形的主要方法是采用有效的冷却措施和减少切削热。这包括使用高效能的冷却液、优化切削 参数和切削顺序、采用热稳定性能好的刀具和工装等。此外，采用温度场监测和热变形补偿技术，也 能有效减小热变形对加工精度的影响。
基于Cimatron E8.5的船用螺旋桨五轴数控加工技术研究
加工 制造 常用 的 Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｃ Ａ Ｍ 软件 ，能 够快 速 准确 地读／ 写 Ｕ Ｇ、Ｃ Ａ Ｔ Ａ、Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 等软件数据 ， 支持从 ２ ． ５到 ５轴 的 高 速 铣 削 Ｊ 。该 文 运 用 Ｃ ｉ ｍ ａ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｅ ８ ． ５数 控 加 工 软 件 对 船 用 螺 旋 桨 进 行 五轴 数控 加工 工艺分 析和模 拟仿 真加工 ，为复杂
Ｆ Ｕ Ｄａ ． ｐ ｅ ｎ ｇ ，Ｍ Ａ Ｙａ ｎ ． １ ． ｉ ． ，Ｚ Ｈ Ｕ Ｙｏ ｎ ｇ． １ ｉ ａ ｎ ｇ
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ，Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｄ ｉ ａ ｎ ｌ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ １ ３ ２ ０ １ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
对 曲 面零 件 的加 Ｔ 具 有 重 要 意 义 。 关键 词 ：船 用 螺 旋 桨 ；五 轴 数 控 加 工 ；变 速 加 工 中 图分 类号 ：Ｔ Ｈ１ ６ ４ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ —１ ９ ６ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ０ ４ ４— ０ ３
法加 工 ，该 方法 的缺点 是成本 高 、周期 长 以及 精
度难 以保证 等 ¨ Ｊ 。随着 数 控 加工 技 术 迅 速发 展 ， 运用 多轴联 动数 控机床 加Ｔ 得到 的船用 螺旋 桨更 能满 足工 程实 际 的需要 。 Ｃ ｉ ｍ ａ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｅ系统是从 产 品设 计 到模 具 设 计及
２ ． Ｇ ｅ ａ ｒ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ ，Ｌ ｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ ４ ７ １ ０ ０ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
机械毕业设计1098螺旋桨的五轴NC加工刀位轨迹规划论文
目录1 前言.......................................................................................· (1)1.1选题的依据及意义.........................................................··.........·1 1.2国内外研究概况及发展趋势.......................................··· (1)1.3研究内容及实验方案................................................··· (3)1.4论文主要工作..................................................................··· (3)2 自由曲面零件五坐标数控加工基础…………………………………···42.1基本概念...........................................................................···· (4)2.2自由曲面五坐标数控加工的刀轴控制方式………………………………····52.3五坐标联动数控加工的成型方式.............................................··· (6)3 螺旋桨数控加工工艺分析...................................................·······7 3.1.选择材料和确定毛坯...............................................................· (7)3.2选择定位基准 (7)3.3 拟定加工路线 (7)3.4 确定工序具体内容............................................................·...··· (8)3.5确定加工坐标系...............................................................·......···9 3.6刀具类型及参数 (10)3.7 切削参数...........................................................................·· (14)4 螺旋桨加工刀具轨迹规划和刀路模拟..............................·········16 4.1螺旋桨粗加工刀位计算方法与刀具路径规划 (16)4.2螺旋桨精加工研究及刀路轨迹规划 (20)4.2.1螺旋桨桨叶精加工刀位规划......................................................·21 4.2.2轮毂加工的刀位规划.........................................................· (24)4.3 螺旋桨加工刀路的模拟.........................................................··· (25)4.4螺旋桨叶片加工的数控程序 (29)5总结与展望……………………………………………………………………··33参考文献……………………………………………………………………····…···341前言1.1选题的依据及意义螺旋桨是一类典型的自由曲面零件，螺旋桨是推进器中效率比较高，应用最广的一种，其主要功用是使机器前进和后退，有时也协助机器回转。
五轴数控机床发展与应用
五轴数控机床发展与应用五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。
现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。
装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。
即使是发达工业化国家，也无不高度重视。
近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。
机床是一个国家制造业水平的象征。
而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。
本文论述了五坐标联动数控机床和它典型五种结构、应用历史和用于加工复杂零件的优点以及它对发展制造业的重要作用。
并较详细介绍了五轴数控机床在工业中应用现状。
一、五轴联动数控机床五轴数控机床可用于加工许多型面复杂的特殊关键零件，对航空、航天、船舶、兵器、汽车、电力、模具和医疗器械等制造业的快速发展，对改善和提升诸如飞机、导弹、发动机、潜艇及发电机组、武器等装备性能都具有非常重要的作用。
五轴数控机床已成为装备制造业和先进国防武器装备产品快速研发与实现的关键基础性设备。
因此，西方工业发达国家都将五轴数控机床列为国家战略物资严格管理，限制出口到发展中国家。
五轴数控机床除和三轴数控机床一样具有XYZ三个直线运动坐标外，通常还有两个回转运动轴坐标。
常见的五轴数控机床或加工中心结构，主要通过五种技术途径实现。
①双转台结构(Double Rotary Table) 采用复合A（B）、C 轴回转工作台，通常一个转台在另一个转台上，要求两个转台回转中心线在空间上应能相交于一点。
②双摆角结构（Double Pivot Spindle Head）装备复合A、B 回转摆角的主轴头，同样要求两个摆角回转中心线在空间上应能相交于一点。
现代数控技术课件专题六 五轴联动数控系统的理论和技术
一、五轴联动数控加工介绍
提高加工质量
❖ 稳定加工精度 ❖ 提高表面平滑 ❖ 缩短刀具长度
五轴
三轴
五轴联动数控系统的理论和技术
12 2020/8/19
一、五轴联动数控加工介绍
降低成本
❖ 延长刀具寿命 ❖ 减少加工设备 ❖ 提高效率 ❖ 减少工装和刀具
五轴联动数控系统的理论和技术
13 2020/8/19
9 2020/8/19
一、五轴联动数控加工介绍
• 缩短加工时间 • 提高加工质量 • 降低加工成本 • 加工复杂零件
五轴联动数控系统的理论和技术
10 2020/8/19
一、五轴联动数控加工介绍
缩短加工时间
❖ 减少工件装卡次数 ❖ 提高材料的去除率
五轴联动数控系统的理论和技术
11 2020/8/19
一次装夹
通过规划刀具方向可以高效的刀具加工复杂曲面零件，减少 装夹次数，提高加工效率
五轴联动数控系统的理论和技术
6 2020/8/19
一、五轴联动数控加工介绍
• 改变刀具方向带来的优势
复杂工件 刀具长度 加工效率
工艺性能
刀具方向影响切削力的大小
控制切削区域
通过调整刀具方向可以使球头铣刀用合理的区域参与切削， 降低切削力和刀具磨损，提高加工表面质量
五轴联动数控系统的理论和技术
7 2020/8/19
一、五轴联动数控加工介绍
汽车（汽油机）涡轮增压器叶轮
长征系列火箭发动机叶轮
直11用Honeywell公司的 航空涡轴发动机
船舶（柴油机）涡轮增压器叶轮
五轴联动数控系统的理论和技术
8 2020/8/19
一、五轴联动数控加工介绍
浅谈五轴数控加工技术
浅谈五轴数控加工技术1 概述众所周知，数控机床是当今现代化工厂的主要制造设备，数控技术是先进制造技术的关键技术，传统加工正在被数控加工逐步取代，数控加工技术水平已成为反映一个国家先进制造技术的重要指标之一。
五轴联动加工中心代表了数控机床的最高水平，反映了一个国家的装备制造业的发展水平。
我国的数控装备经过六十多年的发展，在许多项技术取得很大的进步，但在高端数控加工装备制造方面基础还比较薄弱，在多轴联动加工软件平台和数据库开发方面还落后于世界先进水平，需进一步提升。
五轴数控加工应用非常广泛，主要应用在航空航天、水利水电、轮船等高端产品的核心部件的制造，例如具有复杂曲面结构的航空发动机大型整体叶轮、水利水电设备中的发电机转子制造，汽车发动机中的涡轮以及模具制造等领域。
这些零件都是相关产品的核心部件，直接影响产品的性能和质量。
在西方装备制造业较发达的国家，为提高生产效率，五轴联动加工中心在制造业的各领域已得到广泛应用。
如今，随着现代产品质量的提高，要求零件数量减少的同时还要求零件精度的提高，这就使得结构一体化的复杂异形件零件的需求量越来越大，其交货时间越来越短，鉴于五轴联动加工中心的加工优势以及五轴联动加工中心价格的降低，五轴联动加工中心将在加工制造各领域得到广泛推广。
因此，开展五轴加工技术的研究非常有必要和意义重大。
2 五轴数控加工所谓的五轴数控加工是指能同时控制五个以上坐标轴的联动的数控加工，其中包括三个直线轴（XYZ）和两个旋转轴（ABC三个旋转轴中的两个）。
五轴加工将各种加工功能组合在一起后，实现工件在一次装夹后，完成对多个面的铣、镗、钻等多道工序的加工，有效地避免了多次装夹产生的误差，缩短了生产周期，提高零件质量。
随着结构复杂产品的广泛应用，要求数控设备具有更高的加工能力和加工效率，由此，五轴数控加工技术得到了广阔的发展领域。
五轴数控加工的特点有：刀具可以进入型腔内部，加工三轴加工不到的部位，这种模式有利于采用短刀具加工零件的侧壁和型腔，提高刀具的刚性，减小振动，提高零件的精度；减少工装夹具数量和占地面积；减少基准转换，提高加工精度；缩短新产品研发周期；缩短生产过程链，简化生产管理。