大型雕塑零件的數(shù)控加工是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)。比如大型渦輪葉片和螺旋槳葉片都是由幾個(gè)雕塑面組成的閉合曲面零件，加工面積從幾平方米到幾十平方米不等。目前，五軸數(shù)控加工是最有效的加工方法，但一般的CAD/CAM軟件不能完全或很好地解決這類(lèi)復(fù)雜雕塑曲面零件的五軸數(shù)控加工編程問(wèn)題。大型復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工編程是實(shí)現(xiàn)其數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。它涉及加工工藝規(guī)劃、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)、計(jì)算幾何、微分幾何、人工智能等多門(mén)學(xué)科的知識(shí)，其數(shù)控編程過(guò)程是一個(gè)數(shù)字仿真評(píng)價(jià)和優(yōu)化的過(guò)程。雕塑曲面零件的數(shù)控編程是基于幾何建模和加工工藝規(guī)劃，在計(jì)算機(jī)上對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算、仿真、優(yōu)化和驗(yàn)證，從而有效生成滿(mǎn)足五軸聯(lián)動(dòng)加工要求的高質(zhì)量數(shù)控加工程序。大型雕塑曲面零件的數(shù)控加工編程涉及多項(xiàng)技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)包括[1-5]: 雕塑曲面的三維幾何建模；(2)根據(jù)零件上各雕刻面的行為，合理地進(jìn)行刀軌規(guī)劃和計(jì)算；切削模擬和刀具干涉試驗(yàn)；機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真和碰撞干涉試驗(yàn)；機(jī)床運(yùn)動(dòng)的后置變換；

2. 大型雕塑曲面零件數(shù)控加工編程的流程

大型雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工編程比一般零件加工編程復(fù)雜得多，主要采用離線(xiàn)編程方式。為了保證數(shù)控加工程序的可靠性，一般采用針對(duì)具體的加工對(duì)象特點(diǎn)和要求，在通用的CAM軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)來(lái)完成刀位軌跡計(jì)算、切削仿真與機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真。各具體的雕塑曲面零件雖然有獨(dú)自的特點(diǎn)，但是這類(lèi)零件的數(shù)控加工中編程過(guò)程基本一致。以大型葉片類(lèi)零件為例[2]，我們?cè)赟DRC/ Camand?軟件上進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的的編程過(guò)程如圖1所示。

大型雕塑曲面五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的刀位軌跡生成

　　五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的刀位軌跡計(jì)算是大型雕塑曲面零件加工中一個(gè)很重要的問(wèn)題，為了獲得好的表面質(zhì)量和高的加工效率，要求在零件上不同區(qū)域的曲面形狀需要采取與之相適應(yīng)的加工方式。高質(zhì)量的刀具軌跡生成方法除應(yīng)保證編程精度和無(wú)干涉外，同時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足通用性好、加工效率高、代碼量小等等條件。對(duì)于雕塑曲面的多軸聯(lián)動(dòng)端銑加工，均采用行切加工方式，各種行切加工方式均可歸結(jié)為曲面上曲線(xiàn)的加工問(wèn)題，這樣就提出了如何根據(jù)加工的曲面生成正確的刀位軌跡的問(wèn)題。由曲面模型生成無(wú)干涉刀位數(shù)據(jù)主要有以下幾種方法：?曲面模型→無(wú)干涉CC數(shù)據(jù)→CL數(shù)據(jù)；?　 曲面模型→多面體模型→CL數(shù)據(jù)；? 曲面模型→偏置面模型→CL數(shù)據(jù)；? 曲面模型→CC數(shù)據(jù)→無(wú)干涉CL數(shù)據(jù)。經(jīng)分析，在大型雕塑曲面的五軸聯(lián)動(dòng)加工中一般采用第?種方法生成刀位數(shù)據(jù)，其刀位數(shù)據(jù)的生成過(guò)程如圖2所示的流程。

3.1 五軸聯(lián)動(dòng)加工的刀位軌跡規(guī)劃

第一步、針對(duì)雕塑曲面零件的各張曲面的特點(diǎn)，進(jìn)行合理的刀位軌跡規(guī)劃和計(jì)算，是在保證加工質(zhì)量要求的前提下高效率加工出大型零件關(guān)鍵的技術(shù)之一。如大型葉片數(shù)控加工的刀位軌跡規(guī)劃中，首先應(yīng)考慮葉片的流體動(dòng)力特性，確定和優(yōu)化走刀路徑。

第二步、應(yīng)根據(jù)葉片曲面幾何設(shè)計(jì)要求，控制和合理分配誤差，采用適合各曲面的刀具幾何形狀和參數(shù)，合理確定走刀步長(zhǎng)和走刀行距計(jì)算出刀具切觸（CC）點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

大型曲面加工可采用等殘余高度規(guī)劃法搜索計(jì)算相鄰的CC軌跡，完成走刀行距計(jì)算。在大型雕塑曲面的刀位軌跡規(guī)劃中既要嚴(yán)格控制加工誤差，又要盡可能提高加工效率。目前的CNC系統(tǒng)在五軸聯(lián)動(dòng)控制時(shí)一般只有線(xiàn)性插補(bǔ)功能，而五軸聯(lián)動(dòng)加工的各軸的聯(lián)動(dòng)規(guī)律是復(fù)雜的非線(xiàn)性關(guān)系，在CAM系統(tǒng)中，由弦弓高誤差來(lái)近似確定加工誤差和進(jìn)給步長(zhǎng)，而沒(méi)有考慮回轉(zhuǎn)軸的擺動(dòng)長(zhǎng)度對(duì)加工誤差的影響。另外在大型葉片加工中，回轉(zhuǎn)軸的擺動(dòng)長(zhǎng)度一般都相對(duì)較大，這些非線(xiàn)性誤差對(duì)大型雕塑曲面加工加工尤為重要，可采用考慮三維非線(xiàn)性誤差來(lái)計(jì)算走刀步長(zhǎng)。

第三步、應(yīng)根據(jù)各曲面的曲率分布情況，確定合理的刀軸