2.3 复合控制技术

复合加工技术作为一种适应现代制造业多品种、小批量、个性化发展需求的新技术，从20世纪90年代开始发展起来，是一种在传统机械设计和精密制造技术基础上，集成了现代先进控制技术、精密测量技术和CAD/CAM应用技术的先进机械加工技术，是一种基于现代科技技术和现代工业技术的工艺创新并引发相关产业工艺进步和产品质量提升的新技术。多轴车铣复合加工技术经过一次装夹，完成车、铣、钻、镗、攻螺纹等全部加工，其工艺范围之广和能力之强，已成为装备制造技术的佼佼者，是世界范围内最先进的机械加工技术之一，在轻工、医疗、汽车、航空、航天、船舶等领域都是重要的应用技术。

多轴车铣复合加工性能除了依赖于机床本身的设计制造品质外，还取决于数控系统的多轴车铣复合加工控制能力。由于国内对多轴车铣复合数控系统的研究和应用起步较晚，加上发达国家长期以来在技术和产品方面对我国实行封锁和限制，导致我国的车铣复合加工技术与德国、日本等工业发达国家存在一定的差距。

数控系统车铣复合控制主要包括以下内容：

1.车铣复合加工刀具运动轨迹规划

刀具轨迹规划技术是数控编程技术的关键技术之一。刀具轨迹规划算法的优劣在很大程度上影响着加工零件的表面质量和加工效率。刀具轨迹规划除了要满足刀具轨迹无干涉、无碰撞、轨迹光顺、代码质量高的基本要求外，还必须具有适应性强、稳定性好及编程效率高的特点。

刀具运动轨迹的生成实际上是在刀具偏置面确定刀具的运动路线。目前曲面刀具轨迹规划方法主要有：等参数线法、截面线法、多面体法、等残留高度法。等残留高度法具有效率高、加工质量好等优点，对于单个主轴，多采用等残留高度法计算步距，生成刀具运动轨迹。

2.车铣复合加工后置处理技术

后置处理是数控加工编程中的一个重要环节，它将刀位文件转换为数控代码的效率和正确性，是多轴数控编程和加工效率的重要影响因素，也是影响多轴数控机床广泛应用的瓶颈之一。

如图2-26所示，通用后置处理系统的体系结构分为三层：解释层、智能分析层、执行层。解释层主要执行读刀位文件、选择机床资源、输入加工参数等任务。智能分析层主要处理工件坐标系与机床坐标系的变换，包括刀具运动坐标计算及转换、非线性误差校验与处理、进给速度优化以及虚拟仿真。从非线性误差校验和进给速度优化两方面实现对刀位文件的修正，先对相应刀位点信息进行非线性加工误差校核，若超差，则对刀位点进行优化处理，重新进行运动求解和非线性加工误差校核；非线性加工误差满足要求后，对进给速度进行优化。执行层在控制部分控制下接受辅助和运动部分的指令和数据，按指定数控系统要求的格式输出数控程序文件。在通用后置处理的执行过程中，需要输入机床资源、工艺策略、工件毛坯资源以及数控系统资源等信息。

图2-26 通用后置处理系统的体系结构

3.车铣复合加工运动轨迹仿真技术

基于后置处理得到加工代码，对刀具-夹具-工件-机床运动过程和材料去除过程提供集成化仿真环境，对实际加工中的干涉、碰撞问题预警，提取材料去除过程的几何量信息；在包含实际夹具定位的情况下，考虑机床运动学影响，验证走刀过程中是否会发生碰撞或过切，并标记过切区域和计算过切量，为使用者调整刀具路径提供依据；提供铣削过程中瞬时材料去除率的计算功能，优化进给速度。加工运动轨迹仿真如图2-27所示。

图2-27 加工运动轨迹仿真

典型工件车铣复合加工如图2-28所示。

图2-28 典型工件车铣复合加工