经济型五轴数控雕刻机关键技术的研究
五轴数控机床的运动控制建模及精度提高方法研究
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Ｙ ｕ ｓ ｕ ｆ Ａｌ ｔ ｉ ｎ ｔ ａ ｓ 研究领域 ：机床加工动力学 ，数控技术与系统 ，
五轴联动数控雕刻机结构设计
五轴联动数控雕刻机结构设计在数控雕刻机的设计中，五轴联动结构是目前较为常见的设计方案之一。
它可以实现对工件的多角度切削和精细加工，广泛应用于各种工业生产领域。
本文将主要介绍五轴联动数控雕刻机的结构设计和相关技术。
五轴联动数控雕刻机是一种高精度的加工设备，它可以在三维空间内沿着任意轴线进行加工，具有以下特点：1.高精度：五轴联动数控雕刻机具有较高的机床刚性和运动精度，可以保证加工精度和表面质量。
2.高效率：五轴联动数控雕刻机可以在一次装夹的情况下完成多个加工面，提高了生产效率。
3.广泛适用：五轴联动数控雕刻机可以加工各种难加工的工件，如曲面、复杂零件等。
4.易于操作：五轴联动数控雕刻机采用计算机控制和程序编写，具有灵活性和易操作性。
1.机床底座：机床底座是整个数控雕刻机的主要承重部分，它需要具有足够的刚性和稳定性，以保证加工精度和表面质量。
底座材料通常为优质铸铁、钢铁等。
2.主轴箱体：主轴箱体是数控雕刻机的核心部分，它包括主轴、伺服电机、减速器等部分。
主轴箱体需要具有较大的承载能力和刚性，以能够承受高速转动的主轴和高速切削力。
3.工作台：工作台是安装工件的平台，它需要具有足够的刚性和平整度，以保证工件的精确定位和加工精度。
在五轴联动数控雕刻机中，工作台可以沿着X、Y、Z三个方向移动，并且可以绕着A、C两个轴旋转。
4.五轴联动部分：五轴联动部分是数控雕刻机的核心部分，它由数控系统控制，可以实现对工件的多角度切削和精细加工。
五轴联动部分通常包括A轴、C轴、AB轴、BC轴等各个轴的伺服电机、减速器、轴承等部分。
5.数控系统：数控系统是五轴联动数控雕刻机的控制核心，它负责控制机床各个部分的运动和加工过程。
数控系统通常由计算机、控制卡、数控软件等部分组成，可以直接对加工程序进行编程和调整。
五轴联动数控雕刻机的工作原理是由数控系统对五个轴的运动进行控制，从而实现对工件的多角度切削和精细加工。
具体工作流程如下：1.准备工作：将工件固定在工作台上，并进行定位、检测等工作。
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
五轴数控铣削毕业论文
大连民族学院本科毕业设计（论文）基于Pro/E的五轴数控铣削加工编程与Vericut仿真验证学院（系）：机电信息工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：李东泽学号：2007022209指导教师：X德全评阅教师：完成日期：2011年6月6日XX民族学院摘要五轴联动数控加工技术以其特有的优越性在复杂、高精度零件加工方面起着越来越重要的作用。
五轴加工优越性的充分发挥离不开高质量的五轴加工编程和有针对性的后置处理程序。
由于刀具与工件相对运动的复杂性，五轴加工编程的复杂程度远远超过三轴加工的编程。
同时，五轴加工后置处理，由于开发难度大和技术XX等原因，也成为五轴加工设备充分发挥效率的制约因素。
针对上述两个方面的问题，本文作了相应的研究。
首先，五轴联动加工中心进行了数控铣削后置处理开发，通过基于Pro/e软件的辅助模块进行了后置处理程序的开发。
本文的研究对于如何提高五轴加工编程质量和解决后置处理问题，具有一定的实际意义。
关键词：五轴加工编程；后置处理；坐标变换；仿真加工AbstractFive.axis NC machining technology with its special advantages bees more and more important in the machining of plex and high precision Parts.Without the reasonable programming of five.axis NC machining and the pertinent special post processing，the advantages can not be exerted pletely.owing to the plexity of the motion between the tool and the workpiece,it is more difficult to get the programming of the five.axis NC machining than the three.axis.And the five.axis post processing is the main constraint in improving the effectivity of the machining tool just because of the difficult redevelopment，technique secrecy and so on.Based on resolving the two problems above，some relative research is done in this paper.There is one methods to realize the post processing :It is the redevelopment of the general post.processing module based on the pro/e.The research of the paper have some important significance at resolving the problem of post.processing and improving the effectivity of NC machining programmingKeywords:five.axisNCmachining programming;postProcessing;coordinate transformation;simulationformachining目录摘要 (I)Abstract (II)1.绪论 (1)1.1 数控编程技术的发展历程 (1)1.2数控编程技术的关键技术 (2)1.3 后置处理技术概述 (2)1.3.1后置处理的主要任务. ................................................... ............... .. (3)1.3.2 后置处理技术发展 (3)1.33 国内后置处理技术研究现状 (4)1.4课题的研究内容及意义 (4)2.五轴加工编程及后置处理算法 (5)2.1 五轴数控加工工艺有关内容 (5)2.1.1 刀具选择 (5)2.1.2 切削用量的选择 (6)2.1.3 五轴加工编程刀具轨迹生成 (8)2.1.4 刀位干涉处理 (11)2.2本章小结 (14)3五轴数控加工仿真几何模型的建立...... (15)3.1三维实体表示方法概述 (15)3.1.1 线框图表示法 (15)3.1.2 边界表示法... . (16)4 凸管模型数控加工.............................................. .. (17)4.1建立制造模型.......................................... .. (17)4.2体积块加工.......................................... .. (17)4.3 曲面铣削精加工. ................................. ........................................................ .. (21)4.4后置处理生成程序.................................. ........................................................ .. (24)结论. (25)参考文献 (26)致谢. (27)1. 绪论五轴数控技术是数控技术中难度最大、应用X围最广的技术[1]。
五轴数控加工技术研究
五轴数控加工技术研究一、绪论五轴数控加工技术是近年来机械加工领域的一个重要技术发展方向，与传统的数控加工技术相比，五轴数控加工技术具有更高的生产效率和更高的精度，从而适应了现代工业对于精密零部件生产的需求。
二、五轴数控加工技术的特点五轴数控加工技术相对于传统数控加工技术具有以下特点：1. 可以在一次装夹中完成多个面的加工。
在五轴数控加工机床中，工件可以绕X、Y、Z三个方向任意旋转，因此可以在一次装夹中完成多个面的加工，从而提高了加工效率。
2. 加工精度高。
五轴数控加工技术可以通过调整刀具在不同角度下的转动角度和旋转方向，实现对工件的精密加工，保证了加工精度的高度。
3. 适用范围广。
五轴数控加工技术可用于高难度的零部件加工，如导管类、飞机发动机叶片、汽车座椅头枕等精密零部件。
三、五轴数控加工技术的应用五轴数控加工技术广泛应用于航空、航天、汽车、模具、医疗器械等领域。
下面是五轴数控加工技术在不同领域的应用情况：1. 航空领域：五轴数控加工技术可以用于加工飞机的飞行控制面板、导弹的尾翼、航空发动机等精密部件。
2. 汽车领域：五轴数控加工技术可以用于汽车发动机的缸体、缸头、曲轴等高精密度零部件。
3. 模具领域：五轴数控加工技术可以用于刀模、注塑模、压铸模等精密模具的加工。
4. 医疗器械领域：五轴数控加工技术可以用于人工关节、髋关节等医疗器械的加工。
四、五轴数控加工技术的发展趋势五轴数控加工技术在不断发展，未来的发展趋势主要在以下几个方面：1. 加工效率的提高。
五轴数控加工技术可以在一次装夹中完成多个面的加工，未来发展方向是一次装夹中加工的面数更多，以提高加工效率。
2. 精度的提高。
加工精度是五轴数控加工技术的核心竞争力，未来的发展方向是继续提高加工精度，使之达到更高水平。
3. 自动化生产。
未来五轴数控加工机床将更加智能化、自动化，可以自动检测、矫正加工误差，提高生产效率和质量。
五、结论五轴数控加工技术是当今工业领域的一个重要技术发展方向，具有高效率、高精度、广适应性等优势，应用范围广泛。
《五轴数控系统轨迹平滑处理技术的研究与实现》
《五轴数控系统轨迹平滑处理技术的研究与实现》一、引言五轴数控系统广泛应用于机械制造、航空航天、医疗器械等领域，其精度和效率直接影响到产品的质量和生产效率。
轨迹平滑处理技术是五轴数控系统中的重要技术之一，能够有效提高加工轨迹的平滑性和加工精度，从而提升加工质量和效率。
本文将针对五轴数控系统轨迹平滑处理技术进行研究与实现，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、五轴数控系统概述五轴数控系统是一种高精度、高效率的加工设备，其通过五个轴向的运动实现复杂零件的加工。
五轴数控系统的核心是控制系统，其中轨迹规划与平滑处理是控制系统的关键技术之一。
轨迹规划是指根据零件的加工要求，生成合理的加工轨迹；而轨迹平滑处理则是对生成的加工轨迹进行优化，以提高加工精度和表面质量。
三、轨迹平滑处理技术的研究1. 传统轨迹平滑处理方法传统的轨迹平滑处理方法主要包括参数曲线拟合、离散点插值等。
这些方法虽然能够实现一定程度的轨迹平滑，但在处理复杂轨迹时，往往存在计算量大、精度不高、轨迹不平滑等问题。
2. 现代轨迹平滑处理方法随着计算机技术和控制理论的不断发展，现代轨迹平滑处理方法逐渐成为研究热点。
其中，基于优化算法的轨迹平滑处理方法具有较高的精度和效率。
该方法通过建立优化模型，将轨迹平滑问题转化为优化问题，利用优化算法求解最优轨迹。
此外，还有一些智能算法如神经网络、遗传算法等也被应用于轨迹平滑处理中。
四、五轴数控系统轨迹平滑处理的实现1. 确定优化目标在五轴数控系统轨迹平滑处理中，优化目标主要包括提高加工精度、降低表面粗糙度、减小加工力等。
根据具体需求，确定合适的优化目标。
2. 建立优化模型根据优化目标，建立相应的优化模型。
优化模型包括目标函数和约束条件。
目标函数用于描述优化目标，约束条件用于限制变量的取值范围。
3. 选择合适的算法根据优化模型的特点，选择合适的算法进行求解。
对于复杂的优化问题，可以采用智能算法如神经网络、遗传算法等。
经济型五轴雕刻数控机床的设计与实现
［２ ］ 第３ 卷 １４ ３
第１ 期
２１－ （ ） ０ １ 下 １
１
对 于 Ａ、Ｂ 两轴 ，精密 电控 旋转 台选 用的步 进电机 每 ２ ０步转 一 周 ，即 单 脉 冲 １ ｏ ０ ． ，转 台 的减 速 比 ８ ｉ １０ ＝ ８ ，步 进 电机 驱 动 器 的细分 数 Ｍ ＝ ４ 。所 以数 控 系统每输 出一个 脉冲 Ａ、Ｂ两 轴所转 的角 度为 ：
Ｘ 、
一 ＿ ¨ ．一 。 。
工 相 比 ，主 要 有 １ 高 加 工 质 量 和 效 率 ，２ 扩 ）提 ） 大 工 艺 范 围 ，可 以用 于 复 杂 曲面 和斜 空 斜 面 的加
工 ；同时 ，五轴 加 工 也 存 在 很 多 难 点 ，需 要在 开 发 的过 程 中重 点考 虑 的 问题 。主 要体 现 在 １ ）五轴 数 控 编 程 抽象 ，操作 困难 ， 可能 在 加 工 控件 曲面 时 ，需要 多次 坐标 变换 和空 间 几何运 算 ； ） Ｎ ２对 Ｃ
０ 引言
五 轴 加 工 是 指在 一 台机 床上 至 少有 五 个 坐标
轴 ，三个 直 线 坐 标 和 两个 旋 转 坐 标 ，而 且 可 以在 计算机 数 控 系统的 控制 下 同时协 调 运动 进行 加工 。 这 样 五 轴联 动 数 控 加工 与一 般 的 三轴 联 动 数控 加
机 械本体部分的结构示意如 图 ｌ ，Ｘ轴 通 过 工 作
结 合雕 刻加 工 特 点 ，经过 对 雕 刻 过 程 的 空 间
结 构 和 改 装 可 行 性 分 析 ， 采 用 ｘ，Ｙ，ｚ，Ａ，Ｂ
数 据 文 件 的加 工 代 码 切 深过 大 时 报警 的方 检 测 。在 系 统设 计 中 ，为 了 减 少下 位 机 （ 片 机 Ａ ８Ｃ ２ 单 Ｔ ９ ５ ）的 运 算 量 ，数 控
五轴加工中心调研报告
五轴加工中心调研报告五轴加工中心调研报告一、调研目的为了解决目前加工领域中存在的局限性问题，提高加工效率，降低加工成本，我们进行了五轴加工中心的调研。
通过此次调研，我们试图了解五轴加工中心的工作原理、性能特点以及市场应用情况，以便为企业的发展提供有价值的参考。
二、调研方法我们采取了多种调研方法，包括在线调研、面对面访谈、查阅相关资料等。
我们通过与行业内的专家、技术人员、设备厂家和使用者进行交流，获取了大量有关五轴加工中心的信息。
三、工作原理五轴加工中心是一种能够同时在五个轴向运动的加工设备。
它通过控制不同轴向的运动，使刀具能够在复杂的曲面上进行切削，从而实现更为精细的加工任务。
相比传统三轴加工中心，五轴加工中心具有更大的灵活性和多样性，能够满足多种不同形状零件的加工需求。
四、性能特点1.高精度：五轴加工中心具备高精度加工能力，可以满足对零件精度要求较高的加工任务。
2.高效率：五轴加工中心采用多轴同时运动，可提高加工效率，减少加工时间。
3.多功能：五轴加工中心除了能够进行复杂曲面的切削加工外，还可进行孔加工、攻牙、螺纹加工等多种功能。
4.智能化：五轴加工中心配备先进的数控系统，具有自动化、智能化的特点，操作简单方便。
5.节能环保：五轴加工中心采用了先进的液压系统和节能型电机，具备较低的能耗和环保特性。
五、市场应用目前，五轴加工中心已经广泛应用于航空航天、汽车、模具制造、医疗设备等领域。
在航空航天领域，五轴加工中心可以加工出复杂曲面的飞行器构件，提高零件质量和精度；在汽车领域，五轴加工中心可以加工出各种汽车内饰件，提高产品外观和品质；在模具制造领域，五轴加工中心可以加工出复杂曲面的模具零件，提高模具的制造效率和质量；在医疗设备领域，五轴加工中心可以加工出各种复杂曲面的医疗设备零件，提高产品精度和品质。
六、市场前景随着制造业的不断发展，对于更高精度、更高效率的加工需求也在不断增加。
五轴加工中心作为一种多功能、智能化、节能环保的加工设备，具有明显的竞争优势。
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苏州大学硕士学位论文经济型五轴数控雕刻机关键技术的研究姓名：韩立洋申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：郭旭红2010-11经济型五轴数控雕刻机关键技术的研究摘要经济型五轴数控雕刻机关键技术的研究摘要数控雕刻机广泛运用在木工业、石材业、广告业、制造业等多个行业领域。
目前，市场上多以三轴数控雕刻机为主，多轴数控雕刻机多用于高端产品，高昂的机床价格和维修维护成本一直是制约多轴数控雕刻机应用的主要瓶颈。
针对五轴数控雕刻机的市场需求，本课题提出了一种经济型五轴数控雕刻机的设计方案。
借助于运行在PC机上的软件,将数控加工代码转化为各轴的输出脉冲数，通过计算机并口输出脉冲信号到步进电机驱动器，来控制步进电机运动，从而实现各轴的运动完成加工。
本文首先阐述了五轴数控雕刻机总体设计方案，其中包括数控系统软件的设计、机床硬件的设计以及机床结构的设计。
其次讨论了数控插补原理及计算方法，并依据时间分割法建立了五轴线性插补的算法。
在数控系统软件的设计方面，针对数控代码的编译、软件循环的延时方法以及并口的读写操作等关键技术进行了研究。
在硬件及接口设计方面，针对步进电机的工作和驱动原理、光电隔离电路设计以及基于TA8435步进驱动器的设计作了进一步的探索。
最后，通过实例加工验证了此经济型五轴数控雕刻机的设计可行。
相比市场上几十万甚至上百万的五轴雕刻机，该五轴数控雕刻机方案的设计可以至少节约1/3制造成本，同时也会大大降低设备今后的运行维护成本，具有很高的性价比，从而很好的解决了制约五轴数控雕刻机发展的瓶颈，为提高生产效率、节约生产成本提供了有效手段。
关键词：经济型数控, 五轴雕刻机, 并口, 插补作者：韩立洋指导教师：郭旭红IAbstract The research of key technology about economical five-axis CNC engraving machineThe research of key technology about economicalfive-axis CNC engraving machineAbstractCNC engraving machine is widely used in the wood industry, stone industry, advertising industry, manufacturing industry and other industries. Currently, the market is dominated by three-axis CNC engraving machine, multi-axis CNC engraving machine is usually used for high-end products, high prices and high repair and maintenance cost of machine is the main bottleneck, which have restricted the application of multi-axis CNC engraving machine.For the market demand of five-axis CNC engraving machine，this project presents an economical five-axis CNC engraving machine design. With the software running on the PC, NC code will be converted into each axis output pulses, the output pulse signal through the computer parallel port is sended to the stepper motor driver to control the stepper motor movement, to achieve the movement of each axis and finish processing.Firstly, the paper describes the overall design program of five-axis CNC engraving machine, including CNC system software design, machine hardware design and machine structure design. Secondly, it discusses the numerical interpolation theory and method, and establishes a five-axis linear interpolation algorithm based on time division method. In terms of CNC software design, the paper has done research in the CNC code compiler, software loop delay method, the parallel port reading and writing operation and other key technologies. In terms of hardware and interface design, the paper further explores in the principle of stepper motor working and driving, optical isolation circuit design and stepper drive design base on the TA8435 chip. Finally, the design of this economical five-axis CNC engraving machine is feasible, which has proved by the actual processing example.Compared to the five-axis engraving machine valued a few thousands or even millions at current market, this design of five-axis CNC engraving machine will save at least 1/3 of production cost, but also greatly reduces the equipment running and maintenance cost in the future, it has high cost-effective, and thus a good solution toIIThe research of key technology about economical five-axis CNC engraving machine Abstract restrict the development bottleneck of five-axis CNC engraving machine, to provide an effective means for improving production efficiency and reducing production cost.Keywords: Economical CNC, Five-axis Engraving Machine, Parallel Port, InterpolationWritten by: LiyangHanSupervised by: XuhongGuoIII苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人承担本声明的法律责任。
研究生签名：日期：学位论文使用授权声明苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
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除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。
论文的公布（包括刊登）授权苏州大学学位办办理。
研究生签名：日期：导师签名：日期：经济型五轴数控雕刻机关键技术的研究第1章前言第1章前言1.1 数控技术的发展趋势现如今，制造业面临着市场的全球化和需求的多样化，以及技术创新速度加快等多方面的压力，产品更新换代周期越来越短，多品种、中小批量的生产比重明显增加。
同时随着航空工业、汽车工业和轻工业的快速发展，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。
此外，激烈的市场竞争要求产品的研制周期越来越短，多样化、柔性化与复杂形状零件的高效、高质量加工要求，使得传统的加工设备和手段难以适应。
而数控加工技术能够有效地解决复杂、精密、小批量、多变零件的加工问题，从而得到了迅速发展和广泛应用，使制造技术发生了根本性的变化。
现在，工业发达国家都是以数控机床为基础，向柔性加工自动化的方向(FMC，FMS)发展，并以对生产过程实行整个系统优化的计算机集成制造系统(CIMS)作为发展目标[1]。
然而在我国当前市场需求的实际情况下，对于不同技术领域和不同复杂程度的应用，经济型数控系统在我国具有很大优势。
随着计算机技术的快速发展，CPU运算频率越来越快，经济型数控机床以其低廉的价格和较高的性能价格比将在各个应用领域占据一席之地，并发挥出重要的作用。
1.2 经济型数控系统的简介经济型数控系统是一种通常采用单片机或PC机作为控制核心，采用步进电机作为驱动电机，多数采用开环控制的简易数控系统。
它具有价格低廉、结构简单、操作维护方便、性价比高等特点。
随着计算机技术快速的发展，PC机的性能不断的提高，硬件配置更加灵活并且软件资源的日益丰富，价格却不断下降。
目前经济型数控系统正逐步过渡到以PC机为控制核心的发展方向。