响刀位精度。由于操作复杂性以及难度，很多数控加工单位都使用了简化处理的方法，把刀
位规划成单个刀位，在工件曲面与刀具曲面优化中，根据优化模型真实反映加工进程，对
刀位计算、可操作性、通用性、稳定性以及加工精度进行相应的改进。

 

　　（三）改善工艺条件

 

　　在五轴数控加工中，随着高速加工的提出，加工整体刚度与轨迹光顺性都提出了更高
的要求，刀具长度和刀轴向光顺性都会直接影响五轴数控加工的动态特性。另外，不同的刀
轴方向也会改变切削速度以及切削参数，在影响切削参数的同时，综合各项因素进行改善。
由于刀轴光顺性会直接影响运动平稳力度、切削条件、加工过程以及非线性误差，所以，刀
轴方向光顺性作为评价刀具路径的重要指标，刀轴度量可以在工件坐标、机床坐标以及进给
坐标中定义，同时对应刀轴、机床旋转轴等相关工件的变化。

 

　　五轴数控的另一个优势是，在缩短加工零件的同时，进一步提高加工系统的刚度，刀
具安全长度一般用仿真性数控程序计算。如：在

Vericut 在相关版本中就提供了最短刀具长

度计算功能，但是在复杂零件加工时，则必须根据最短刀具长度，将优化刀具长度的问题
转变成约束组合的问题。

 

　　二、五轴数控加工中的动力学仿真

 

　　（一）几何与力学的集成仿真

 

　　动态仿真作为物理仿真的条件，在优化主轴转速参数中，通过切削预报，进行自适应
控制；在破损监测以及刀具磨损中，对表面加工进行对应的预测。在切削力度与几何仿真集
成中，刀具建模的关键是包络面，常用的刀具建模方法有：隐式、扫掠微分、秩序亏损等方
法。在刀具切削扫面中，通常将鼓刀、环刀、锥刀的切削砖面表示成对应的包络面，再导出刀
具在普通空间运动中的单位解析方法；或者根据运行速度以及包络条件，在推导出刀具包
络面表达方式时，让公式更加明了简洁。

 

　　在切削力进给率规划中，五轴力学仿真集成，可以根据优化切削进给率的方法，使用
CAM 软件进行进给率优化分析。在这种传统的优化方法中，通常将进给率设置成反比瞬时
材料的去除率，瞬时材料虽然能反映切削力大小，但是不能反映方向，所以在材料基础上
的进给率不可能真实反映切削力本质。由于这种方法规划的进给率和切削力不能恒定，所以
根据材料去除率，

Bailey 根据切削力模型又提出了五轴进给率规划。 

　　（二）动力学仿真

 

　　五轴动力学仿真，是在优化状态变量的基础上，提供对应的历程数据，主要包括优化
工艺参数、加工稳定性以及动力学建模。在动力学建模中，主要分成刀具与工件的振动以及
薄板耦合振动模型。但是对于薄壳零件加工，刀具与工件耦合的模型极其少见。

 

　　在刀具与工件系统力学模型的基础上，切削动力学主要集中在颤振分析中。切削过程一
般分为模态耦合性与再生性颤振，再用切削系数给出对应的颤振模型，它的精度则完全取
决于

Fourier 以及切削力变化项数，这种类型对于径向切深以及多齿刀具比较适用，相反则

缺乏精度。

Altintas 小组根据多频率法，在小径向切深的过程中，进行切削稳定性预报。由于

在转速到切深平面扫描时，循环层不需要矩阵函数，根据相关算例表明：在确保数值精度
的基础上，和半离散法相比，全离散法对单自由度稳定性的计算效率可以直接提高

75%，

而切削系统也可以提高

60%。 

　　在颤振优化参数中，主要集中在三轴加工上，

Altintas 等人在切削仿真与稳定性预报的

基础上不断优化进给率。现有的稳定性则是在切削工艺参数与预测模型的基础上，优化工业
参数。但是这种方法不能真实反映加工状况，所以得到的参数不是最优解，也不会有颤振发
生。

 

　　三、结束语

 

　　五轴数控加工作为带动我国工业发展的重要保障，在实际工作中，必须加大科研力度