大型雕塑曲面零件数控加工编程的关键技术

摘要：多轴联动数控加工编程是大型雕塑曲面零件加工的最重要任务之一。本文介绍五轴
联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到的刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、

后置变换等关键技术。针对这些技术进行研究开发，实现了大型水轮机叶片的五轴联动数
控加工，并成为叶片加工的编程工具。
 

关键词：数控编程；CAM

 

；数控加工；曲面加工

1. 引言

　　大型雕塑零件的数控加工是一项非常艰巨的任务，如大型水轮机叶片、螺旋桨叶片等

是由多张雕塑曲面组成的封闭曲面体零件，其加工面积从几平方米到数十平方米。采用五
轴联动数控加工是目前最有效的加工方法，但是通用 CAD/CAM 软件并不能完全或者很好

地解决这类复杂雕塑曲面零件的五轴联动加工编程问题[1]。大型雕塑曲面零件的数控加工

编程是实现其数字化制造的关键技术之一[2]，它涉及加工工艺规划、计算机技术、数学、计

算几何、微分几何、人工智能等众多学科领域的知识，其数控编程过程是一个数字化仿真评
价及优化的过程。雕塑曲面零件的数控编程是在几何造型和加工工艺规划的基础上，在计

算机上进行刀位轨迹计算、仿真、优化并验证加工过程，以有效地生成满足五轴联动加工要
求的高质量数控加工程序。大型雕塑曲面零件数控加工编程涉及多方面的技术，其关键技

术包括[1-5]：①雕塑曲面的三维几何造型；②根据零件上各张雕塑曲面的性态，合理地进

行刀位轨迹规划和计算；③切削仿真与刀具干涉检验；④机床运动仿真与碰撞干涉检验；

⑤机床运动的后置变换；

2. 大型雕塑曲面零件数控加工编程的流程

　　大型雕塑曲面零件的五轴联动数控加工编程比一般零件加工编程复杂得多，主要采用

离线编程方式。为了保证数控加工程序的可靠性，一般采用针对具体的加工对象特点和要
求，在通用的 CAM 软件进行二次开发来完成刀位轨迹计算、切削仿真与机床运动仿真。各

具体的雕塑曲面零件虽然有独自的特点，但是这类零件的数控加工中编程过程基本一致。
以大型叶片类零件为例[2]，我们在 SDRC/ Camand®软件上进行开发实现的的编程过程如

图 1 所示。