隨著當(dāng)前刀具軌跡規(guī)劃算法的深入發(fā)展，針對(duì)不同加工方式也都形成了對(duì)應(yīng)的刀軸矢量規(guī)劃方法，以解決變頻供水水泵加工過程中產(chǎn)生的干涉問題。其中碰撞干涉問題因其發(fā)生后往往造成較大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷害，所以對(duì)于解決碰撞干涉已成為刀軸矢量規(guī)劃的主要任務(wù)。目前已發(fā)展的碰撞干涉檢測(cè)方法有基于距離的碰撞干涉檢測(cè)方法、凸包方法、矢量法、映射法、包圍體積法等五種碰撞干涉檢測(cè)方法。
同時(shí)由于管道泵配件加工過程中的工況以及多軸機(jī)床動(dòng)力學(xué)十分復(fù)雜，刀軸矢量的規(guī)劃一般以局部坐標(biāo)系中后跟角和側(cè)傾角的形式確定。目前刀軸矢量規(guī)劃主要有集中于兩種思路：一種是基于已產(chǎn)生的刀軸矢量進(jìn)行再優(yōu)化；另一種是在刀軸無干涉空間中直接規(guī)劃。常用的刀軸控制方法主要有插補(bǔ)法、臨界約束法、自適應(yīng)法。
(1)插補(bǔ)法
該方法的基本思想是基于已產(chǎn)生的刀軸矢量，一方面從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析其變化趨勢(shì)與旋轉(zhuǎn)軸速度、旋轉(zhuǎn)軸角度、加速度等影響機(jī)床運(yùn)動(dòng)平滑性因素的關(guān)系，然后對(duì)后置處理生成的旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)進(jìn)行線性插補(bǔ)，以消除因刀具擺動(dòng)造成的機(jī)床顫振，滿足精密加工要求；另一方面觀察其變化趨勢(shì)與加工帶寬、行距等影響加工誤差大小的因素關(guān)系。從其中選出與加工曲面以及機(jī)床夾具無干涉的刀軸矢量，設(shè)置為關(guān)鍵刀軸矢量，然后結(jié)合矢量插值算法，比如四元數(shù)插值算法、樣條函數(shù)插值算法等，對(duì)刀軸矢量進(jìn)行插值，以提高其光順性。水泵廠使用此方法充分考慮了加工過程中刀軸矢量變化對(duì)加工曲面表面質(zhì)量的影響因素，改進(jìn)后的刀軸矢量實(shí)用性強(qiáng)，穩(wěn)定性高。
(2)臨界約束法
該方法的基本思想是基于刀具與工件約束曲面之間的相對(duì)位置關(guān)系以及刀位數(shù)據(jù)與機(jī)床回轉(zhuǎn)軸角度之間的運(yùn)動(dòng)變換趨勢(shì)，構(gòu)建臨界約束條件，采用搜索算法對(duì)切觸點(diǎn)平面內(nèi)所用刀軸可行域進(jìn)行搜索。該方法形成的刀軸矢量光順性好，但算法復(fù)雜計(jì)算量大。
(3)自適應(yīng)法
該方法的基本思想是從刀具軌跡規(guī)劃算法中提出的加工帶寬模型出發(fā)，在滿足刀具曲面與加工曲面形狀匹配的原則下，推導(dǎo)刀軸矢量的后跟角與側(cè)傾角描述形式。此方法生成的刀軸矢量具有最大化的加工帶寬，所以刀具軌跡長(zhǎng)度減小明顯，有效提高了水泵配件加工效率。但規(guī)劃刀軸矢量時(shí)過于局限性，對(duì)于類似鼓形刀以及平底立銑刀等刀具曲面與加工曲面匹配誤差較大的刀具加工時(shí)容易產(chǎn)生局部干涉。
另外在實(shí)際加工中，在精確性、高效性等生成指標(biāo)良好的刀具軌跡，可能會(huì)因刀軸需要過高的旋轉(zhuǎn)角加速度，而產(chǎn)生過高的動(dòng)態(tài)載荷。同時(shí)，數(shù)控加工尤其是在高速加工中動(dòng)態(tài)載荷往往受機(jī)床等因素的限制，影響了管道泵配件加工效率。
在高采樣頻率時(shí)產(chǎn)生精確的旋轉(zhuǎn)軸增量值，以便機(jī)床控制動(dòng)載荷變化。同時(shí)，還研究了球頭刀在沿特定軌跡走刀時(shí)的不確定性，為了消除這種不確定性，提出定義曲面密切平面上的刀軸分量為給定路徑初始狀態(tài)的平移變換，減少了旋轉(zhuǎn)軸的加速度。
外面對(duì)狹小空間或者曲率變化明顯的加工區(qū)域，刀具跟隨軌跡加工時(shí)容易發(fā)生局部或者全局的干涉碰撞，需通過對(duì)刀軸的控制來消除。針對(duì)常用軌跡規(guī)劃算法中碰撞問題的檢查和避免方法進(jìn)行了歸類，并通過比較指出其共同不足在于未考慮水泵加工過程中工件幾何形變和對(duì)材料去除率的模擬。為消除側(cè)銑加工中的干涉碰撞問題，通過定義點(diǎn)-曲面間的有向距離函數(shù)為點(diǎn)到曲面上與其距離最短的一點(diǎn)的距離來優(yōu)選刀位點(diǎn)排布，將消除干涉問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題。
數(shù)控加工仿真系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控代碼(NumericalControl，NC)正確性、可靠性的檢驗(yàn)提供了有效的驗(yàn)證平臺(tái)，能夠從幾何形狀、碰撞檢測(cè)及加工效率方面等對(duì)加工過程進(jìn)行評(píng)估，并且建立虛擬的加工仿真環(huán)境為進(jìn)一步縮短產(chǎn)品制造周期提供了強(qiáng)有力的工具。憑借幾何仿真技術(shù)、圖像可視化技術(shù)和物理仿真技術(shù)的發(fā)展，目前在數(shù)控加工程序的可靠性及預(yù)測(cè)切削加工過程中，水泵廠研究工作主要集中于仿真計(jì)算、加工建模、預(yù)測(cè)等方面。
在面對(duì)具有復(fù)雜幾何形貌和高精度尺寸要求的機(jī)械零件時(shí)，五軸數(shù)控加工機(jī)床因引入了兩個(gè)額外的旋轉(zhuǎn)軸，其典型的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸正交于機(jī)床坐標(biāo)系，而特別的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸非正交于機(jī)床坐標(biāo)系。由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的存在，五軸數(shù)控加工相比于三軸加工具有更高的材料去除率，更短的加工時(shí)間，更高精度的創(chuàng)成質(zhì)量；同時(shí)，還包括通過旋轉(zhuǎn)刀軸至合適的位置和姿態(tài)以擴(kuò)大加工領(lǐng)域，以及減少刀具長(zhǎng)度和設(shè)置過程等許多優(yōu)勢(shì)。
然而，這些優(yōu)勢(shì)也增加了數(shù)控編程的難度。五軸加工的數(shù)控編程通常需要通過制定的后處理過程，使機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別并運(yùn)作。這種后置處理器是一種重要的接口。其作用是改變由前處理產(chǎn)生的刀位軌跡源文件（CuttingLocationSourceFile，CLSF)數(shù)據(jù)，包括刀軸矢量和刀軸位姿向量到機(jī)床數(shù)控操作系統(tǒng)中，形成驅(qū)動(dòng)機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)所需的數(shù)控加工程序。另外，五軸數(shù)控機(jī)床種類繁多，機(jī)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜，空間運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系形態(tài)各異，機(jī)床結(jié)構(gòu)不同，其運(yùn)動(dòng)變換算法也不同，使空間坐標(biāo)變換難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。
