五轴加工中的刀具定向优化算法提升叶盘加工效率与精度

叶盘五轴加工中的刀具定向优化算法是针对喷气发动机叶片盘（BLISK）这类复杂零件加工过程中关键问题的研究。BLISK作为发动机核心部件，其精密的几何形状决定了加工精度和性能，然而，五轴机床在处理这种复杂结构时，刀具定向的质量至关重要。不当的刀具定位可能导致碰撞，引发设备损坏，同时不平滑的刀具路径过渡也可能引起振动，降低加工效率。 该研究提出了一个基于参考平面的算法，目标是生成一组沿刀具路径平滑且一致的刀具定向。算法的设计着重于确保在整个加工过程中避免任何碰撞，同时追求全局优化，提升整体加工路径的平滑性。为了验证这一算法的有效性，研究者在BLISK模型上进行了初步的仿真测试，结果显示生成的刀具方向稳定、平滑，有利于提高加工精度和产品质量。 当前关于五轴加工中的刀具定向优化，主要关注三个关键因素：局部无干涉（防止碰撞）、机器运动学（包括轴速、加速度和加加速度控制）、以及成品表面质量。传统研究往往侧重于单一或双重优化，但忽视了可能产生的负面影响。例如，某些基于运动学的优化方法可能牺牲了碰撞避免，而商业软件中的无干涉工具定向算法又常依赖于繁琐的人工干预和试错过程。 该算法的创新之处在于它能够综合考虑这些因素，提供一种更为全面且自动化的刀具定向解决方案。通过这种方法，能够在保证加工过程中不发生碰撞的同时，实现刀具路径的连续性和加工质量的提升，这对于高性能航空发动机叶片盘的制造具有重要意义。该研究成果发表于《计算设计与工程学报》第二期，作者李晨、柯旭和唐凯来自香港科技大学机械及航空航天工程系，他们强调了开放获取文章的版权许可（CC BY-NC-ND 4.0），鼓励进一步的研究和交流。