通过五轴机床的运动学方程,可以逆解刀轴矢量与两个旋转轴转角的数学关系,在CAM软件后处理过程中,A、C的角度解可能存在多个取值。通过定义最短旋转圆路径,限制C轴的转动角度范围为[-180°,180°],以改进C轴的转角运动。仿真和实验证明,所提出的后置处理旋转角改进方法能够避免A-C轴转动角度的突变,使A、C轴旋转运动连续、平稳,避免发生过切与干涉,对于五轴机床的实际加工应用有非常明显的意义。

成都飞机工业集团提出的S试件是针对五轴数控加工中心的动态加工精度而设计标准试件,并且该试件在机床的验收工作中取得了良好效果,但S试件的各项误差与机床各单项性能指标对应的映射关系尚无法精确建立,为研究机床各轴刚度特性对S试件轮廓误差的影响,文中建立了机床各轴的动力学模型,并基于多体空间理论建立了五轴机床的运动学模型,结合仿真加工的G代码和机床原始误差得到了S试件的轮廓误差模型,通过实际加工验证了模型的正确性,并在此基础上研究了各轴刚度对S试件轮廓误差的影响,为优化机床刚度性能提供了理论基础。

对龙门结构五轴机床静刚度进行仿真和测试研究,找出其影响因素。经过研究发现,有限元分析计算的结果与测试结果有较好的对应;机床静刚度在垂直安装面方向刚度较大,与安装面切向方向的静刚度取决于接触面的接触度,进而影响加工的精度。因此,提高机床整体刚度十分必要,可以通过合理的结构设计、减小悬伸、提高接触面的接触度等方法提高机床的静刚度。

为了提高五轴机床的加工精度,提出一种基于AFSA-ACO-BPN算法的五轴机床动态误差模型。通过建立灰色关联分析模型完成了建模变量的优化选择,并进行了AFSA与ACO-BPN的动态融合。通过实验验证该方法的预测结果与测量结果吻合较好。该方法综合反映了不同切削加工条件的影响,提高了误差模型的鲁棒性,为提高机床加工精度提供了理论依据。

在划分球杆仪空间误差辨识区域的基础上,基于NUBRS空间样条曲线生成辨识轨迹。分析球杆仪空间辨识原理,并依据此原理建立适用于NUBRS空间曲线的误差辨识模型,该模型包含18个误差因素。依据五轴机床多体运动学的分析结果,提出了一种空间误差辨识方法。通过激光干涉仪的测量及误差补偿,在消除9项空间位移误差的基础上,使用生成的NURBS曲线对剩余9项角度误差因素进行辨识。经实验验证,在进行NUBRS曲线修正后,该方法可有效辨识出3个坐标系中的18项误差因素。

五轴机床在航空航天领域大型曲面零件加工中应用极其广泛,其高速、高精度和大材料去除率的加工特点对加工稳定性提出了很高要求,影响五轴机床铣削稳定性的主要问题是切削颤振。通过对一台转摆头五轴机床进行动力学性能测试,对比分析主轴系统在不同位置和转摆头在不同姿态下刀尖点的频响特性,得出刀尖点频响特性随位置的演变规律。以频域法构建切削稳定性叶瓣图,得到极限切深的位置演变规律。研究结果为五轴机床切削参数的优化提供了参考。

分析五轴联动机床的误差项和拓扑结构,给出伺服轴运动时理想情况和有误差情况下的坐标变换矩阵。以此为基础,给出五轴联动机床空间综合误差的计算方法。基于多体运动学的微分变换原理,给出五轴联动机床综合误差解耦算法。以某RTTTR型五轴联动机床为例,应用MATLAB进行实际综合误差解耦和补偿计算,结果验证了该解耦算法的正确性。

基于课题需求设计了一种用于实训教学的摇篮结构五轴机床,为验证机床模型间的运动关系是否正确合理,文中采用VERICUT软件构建了摇篮结构五轴数控机床仿真环境,并在此基础上进行了小叶轮模型仿真加工,从而验证了模型机构的合理性,为下一步实际制作五轴机床提供了理论支持,同时也为其它结构机床的模拟仿真提供了一定经验。

介绍了五轴机床需要液压系统控制的主要功能部件,以及液压系统的设计说明,液压原件的选择。最终实现整个五轴机床的液压系统控制,从而实现了五轴机床的各项操作。

提出一种基于综合误差模型的零部件精度加工控制方法,对机械加工的误差来源进行分析。以高精度五轴加工机床为例,构建参考坐标系、相对坐标系和齐次坐标,并通过齐次变换,建立不同部件的运动关系和误差关系,通过推导求解得到综合误差。以实际的零部件加工为例,对以上的方案进行仿真验证,仿真结果与实际加工测量结果大致相同,为高精度零部件加工提供借鉴。