五轴数控加工已经成为复杂薄壁零件加工的重要手段,其中刀具轨迹是影响加工质量和加工效率的重要因素,直接影响刀具寿命和机床损耗。目前,多轴数控加工的轨迹规划研究主要集中在几何方面。本文从三个方面对刀具路径进行优化:动力学方面,考虑刚度对轨迹的影响,分别建立机床系统的整体刚度模型和工件的法向刚度分布模型,用于局部切削参数的调整和表面误差的补偿;几何规划方面,考虑连续小线段路径的局部光顺,运用有理Bézier曲线对刀具轨迹进行局部光顺转接,达到转接处的G~3连续;运动学方面,对新的刀具轨迹进行速度插补,运用建立的误差分配模型,在确保综合误差小于给定精度值的情况下,计算速度的约束值。最后通过前瞻算法,结合S加减速策略,进行速度自适应规划。本文的主要研究内容如下:一.深入研究了Bézier曲线、S加减速策略及前瞻控制算法等的理论和实现,为后续章节中采用Bézier曲线进行拐角光顺及速度插补奠定坚实的理论基础。二.在刀具路径规划初期,考虑动力学方面,刚度因素对刀具路径的影响。首先,以叶轮叶片为例,运用有限元方法求解叶片上的法向刚度分布和应力分布等信息,建立刚度分布图。然后,建立机床系统的简化三维模型,同时运用ANSYS求解机床系统刚度矩阵,并将加工过程中产生的平移和扭转位移都转化成工件坐标系下的等效平移位移,得到切削力与等效平移位移之间的关系,用于表面轮廓误差补偿。三.从平面局部小线段的光顺转接入手,研究连续小线段路径的光顺转接,运用有理Bézier曲线对,通过控制有理Bézier曲线的形状参数来实现转接处的G~3连续。并同时考虑插补时弓高误差和近似误差的影响,建立误差分配模型,旨在使综合误差小于给定精度。接着在三轴研究的基础上,通过刀尖点和刀轴点轨迹参数的同步化,进行五轴连续小线段路径的光顺,得到新的五轴刀具路径轨迹。然后运用误差分配模型并同时考虑机床各轴伺服能力约束,计算机床加工过程中的速度约束。最后通过前瞻算法与S加减速策略,对加工轨迹进行速度插补,最终得到各轴的运动控制指令。