随着数控技术的发展,五坐标机床已逐渐在工业生产中得到广泛应用。并在加工大型复杂曲面时已充分显示出其加工的优越性。然而五坐标加工带来的干涉问题却比三坐标加工复杂的多,干涉问题是五坐标加工中有待解决的一个技术难题。为此,本文以NURBS曲面类零件为研究对象,对其五坐标数控加工过程中的干涉排除、可行方向范围的获取及最优刀具姿态的确定等问题进行了深入的研究。 首先,针对NURBS复杂曲面分割、求交、裁剪的不稳定性,本文采用了较为成熟的节点插入算法,将NURBS曲面转化成Bezier曲面,并在精度指标控制下,对Bezier曲面定向细分。这一算法的应用简化了曲面,有效地克服了求交过程中多重交点的缺点,提高了曲面的可控性,为数控加工中干涉排除奠定了基础。针对NURBS曲面粗加工时存在过切现象及非线性求交问题,通过上述的曲面转化与细分算法,利用Bezier曲面的凸包性质,建立了NURBS曲面的逼近模型,并以之代替NURBS曲面进行粗加工。通过自行车车座的加工仿真结果,验证了方法的有效性,并取得了很好的应用效果。在此基础上,本文采用了两步干涉判断法。第一步:基于可视分析的干涉粗检法。根据可视方向是可行方向的必要条件,计算曲面域上给定点可视锥,利用可视方向实现了快速干涉粗检;第二步:精细干涉判断法。由于刀具几何形状的存在,使得可视方向并非可行方向,因此有可能存在干涉。文中通过Bezier细分后的控制点到刀轴的距离是否大于刀具半径来判断是否存在干涉,并对刀位干涉进行修正。干涉判断两步法提高了干涉检测速度,且可视锥的建立可有效地克服刀具姿态调整的盲目性,利于最优刀具姿态的选定。最后,本文用通用的表达式描述刀具曲面,利用微分几何的知识,推导出了不发生曲率干涉的充要条件。文中以减少机床振动、提高表面加工质量为目的,得到了较优的刀具姿态,提高了五轴数控加工柔性。