文 献 综 述

自由曲面作为工程中复杂却又常见的曲面具有优美的外观和良好的力学性能，在机械制造的各行各业的许多零件外形中普遍存在。自由曲面主要应用于船舶螺旋桨,汽轮机叶片,航空航天行业复杂薄壁曲面零件等。由于自由曲面在这些重要行业的重要地位，自由曲面端铣加工的研究开发对人民的物质生活水平和国家经济军事实力的提高有重大意义。

自1952年美国麻省理工学院伺服机构研究院开发出第一台数控铣床以来，数控加工经过几十年的发展日渐成为先进制造技术的代表。数控技术在提高产品生产率和精度，降低工人劳动强度等方面体现出了它独特的优越性。其中，数控铣削不仅加工精度高还可以实现多轴联动加工复杂表面。根据铣削加工中使用切削刃位置的不同将铣削分为端铣和侧铣两种方式。端铣是利用分布在铣刀端面切削刃形成表面的一种铣削方式；侧铣则是用分布在铣刀圆柱面切削刃的一种铣削方式。本次课题我们采用端铣方式，理由如下（1）较之于侧铣，端铣加工比较平稳，具有稳定的切削力；（2）从加工特点可知，端铣主要承受轴向力而侧铣主要承受径向力，因此采用端铣方式可以避免过大的径向变形和径向跳动。

目前常用的几种刀具轨迹生成方法包括Non-isoparametric法，Iso-planar法，Iso-parametric法，Constant Scallop-height法等 。Constant Scallop-height法即等残留高度法可以使加工后表面残留高度均匀以便在满足加工精度的同时提高加工效率。等残留高度法与其他刀轨生成算法相比还具有算法计算过程比较简单的优点。

文献[1]是一篇重点着眼于复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹优化的文章，这篇作品中作者从刀位优化，刀路规划和刀轴矢量优化这三个方面向我们展示了优化后五轴端铣自由曲面加工的高效性和优越性。其中，作者花大篇幅阐述了刀位优化方法，分别从单点接触刀位，多点接触刀位和无切触刀位三个方面的优化。(1)作者分析了工程中常用的几种单触点刀位优化方法，通过对比最终得出通过分析计算刀具刀刃曲面的干涉误差构建刀具实际轮廓的最后以加工带宽为目标实现刀具后跟角和侧偏角的优化方法为最佳单点接触刀位优化方法(2)作者通过详细分析EPEC,AIM和RCM算法得出这三种方法在有无干涉和加工效率方面的优劣情况。(3)在无切触刀位优化方法中，作者提出基于广域曲率吻合原则的最短距离线算法不仅算法原理简单还可以获得较大的加工带宽但却有较大误差且纯数值迭代计算量较大的缺点。

文献[2]作者向我们详细记述了数控加工路径生成的发展历史。从文中我们可以知道我国通过引进国外三轴数控机床并不断开发自己的数控机床并渐渐开发出三轴以上机床使NURBS曲面外形零件的加工转入CAM方向使加工效率大幅提高。文章通过综合运用UG的各个二次开发工具进行二次开发并嵌入自己的刀位轨迹计算算法。

文献[3]总结了自由曲面数控加工刀位轨迹规划研究的一些现状，包括自由曲面的五坐标球头刀加工方法描述，碰撞干涉分析现状研究和刀轨生成方法中存在的问题。通过对自由曲面微分几何特性的研究分析开发刀位轨迹生成算法。文中详细介绍了包括参数线法，CC路径截面线法，CL路径截面线法，导动面法，等残留高度法及空间填充线法等刀轨生成算法。由于自由曲面往往具有不同的曲率分布，因此在设计自由曲面刀具轨迹生成算法时自由曲面曲率分布的研究显得异常重要。文献中通过研究自由曲面型面Gauss曲率分析云图通过其映射研究Gauss曲率几何意义。

文献[4]阐述了CSC算法生成刀具轨迹规划的方法，并以叶轮叶片为例向我们验证了该算法的实用性和科学性。样条曲线插补刀具路径轨迹生成算法研究目前尚还之后，传统自由曲面是通过将曲线离散成大量微小直线段再传入数控机床中加工的，因此这种方法存在精度低下，效率低，表面质量差等缺陷。而样条曲线插补刀轨生成算法很好的解决了这一缺陷。这篇文献还提供了五轴联动双NURBS样条曲线插补的G代码生成方法及其定义。

文献[5]是一篇关于基于能量法的自由曲面展开算法。从这篇文献中我们可以了解有关展开法加工自由曲面的发展过程，但人们目前为止还未能发现一个公认理想的展开方法。制造师可通过展开法掌握需要加工的毛坯尺寸及形状以提高加工效率及精度。该算法是通过先展开自由曲面对各离散点能量释放从而得到最优展开面的。该方法的整套系统是基于Visual C 和Open GL完成的。