蔡安江 吴隽楠 庞飞彪 刘晨阳

(西安建筑科技大学，陕西 西安 710055)

五轴数控加工具有较高的生产效率和较好的表面加工质量，广泛地应用于航空航天、舰船及汽车制造等领域。但五轴NC程序编程复杂，通常需要借助辅助编程软件来实现复杂工件的加工编程，大大增加了刀具路径规划的复杂性以及后置处理的难度，并且需要较高的投资费用[1]。在CAM中须使用标准的刀具半径才能直接使用生成的NC代码，但同时这样也会带来非线性误差[2]，导致实际的直线轴运动偏离编程设定的路径。在机床的运动反解中对于某些特殊插补点，旋转轴将发生剧烈的旋转运动(甚至单步旋转近180°)[3]，它将产生非常大的非线性误差甚至损坏零件[4-6]，这就是常说的奇异点问题。以往检测奇异点的常用方法为王峰等[7]提出耦合相邻插补点间机床各轴的变化量与雅可比矩阵的奇异域检测方法，其通过优化刀具路径来减小奇异区域的非线性误差，但该方法计算雅可比矩阵的条件数较为困难，且关于“病态”的条件数没有精确的定量标准，效率较低。另一种常用的检测方法为林浒[8]等提出的通过多次叉乘运算来求解各插补点处的半径补偿矢量，再进行相邻半径补偿矢量之间的夹角和允许值的比较来判断奇异区域。但该方法计算量较大，且并非所有刀轴矢量和曲面法矢量夹角过小都会发生运动突变。而要避免奇异点引起的运动突变，通常需要进行多项式的插补来绕过奇异区域[9]，但是该算法计算量较大。……