以高精准度衡量随心所欲曲率的切割加零件的方式
以叶轮、旋桨等为代表的、拥有自由曲面的部件，通过需要高水平机械控制的多轴加工中心进行加工。这些部件大多很薄，容易发生加工变形，变形会直接影响由其组装而成的机器的性能，因此严格的尺寸测量必不可少。
下面将说明自由曲面、自由曲面加工中使用的加工机、加工变形的类型等基础知识。此外，还介绍用于维持精度、防止🍸产生和流出不良品的检测💫和分析，以及接触式测量方法存在的课题及其解决方法。
何谓自由曲面加工
自由曲面是指无法用球体、立方体、圆柱、圆筒等的简单公式表示的曲面。对于自由曲面，需在空间内设定多个交点和曲率，并用高次方程式对交点进行补充来表现。拥有自由曲面的部件有用于泵和增压器等的叶轮以及飞机的旋桨。此外，齿轮中的斜齿轮和螺旋伞齿轮也有由自由曲面构成齿面的结构。
拥有自由曲面的部件在加工时需要多维控制，因此NC程序十分复杂。此外，使用通用ꦑ的加工中心时加工精度不足，而且还要📖求精密控制，所以常使用高精度的五轴加工机。
何谓五轴加工机
五轴加工机是一种加工中心，左右方向、前后方向、上下方向共有3根直线轴，再加上2根旋转倾斜轴。与三轴加工机相比，无需特殊工具和专属夹具，因此不仅能够实现加工成本减少、加工质量和精度提升、加工时间缩短、工序切换次数减少等，还具有可实施高自由度切削的优点。
下面将说明三轴加工机和五轴加工机的区别、五轴联动加工机的结构与加工原理ཧ、引进和运用五轴联动🐷加工机时的注意点。
三轴加工机和五轴加工机的区别
传统三轴加工机的内部区域由固定工件的工作台和主轴构成。主轴相对于工件沿左右（X轴）、前后（Y轴）、上下（Z轴）的方向移动并加工工件。
而五轴加工机的结构是X轴、Y轴、Z轴加上2根旋转倾斜轴。旋转倾斜轴分别为A轴和C轴，当安装了工件的工作台旋转时，A轴以X轴为中心转动工件，C轴以Z轴为中心转动工件。通过这种结构，可以在不取下安装于工作台的工件的情况下，加工除底面以外的面。
如此，五轴加工机便削减了更改工件安装角度的作业，无需使🌄用特殊工具，即可加工自由曲面等复杂形状。可按需移动工件，大幅减少🔯工具伸出量，可避免立铣刀等工具因加工压力而发生变形、加工精度下降等问题。
- （1）主轴
- （2）立铣刀
- （3）工作台
- （4）摇架
何谓五轴联动加工机
五轴联动加工机同时驱动各个主轴和旋转轴进行加工。普通五轴加工机的加工流程有将A轴或C轴倾斜至指定角度执行切削、改变角度后执行切削等。在主轴动作期间，A轴和C轴停止旋转。这种方式称为“五轴分度加工”。
而五轴联动加工机在加工时同时驱动5根轴，因此可流畅地加༺工自由曲面，完成五轴加工机无法完成的任务。叶轮叶片、整体叶盘、往复式发动机的吸气和排气端口等必须用五轴联动加工机进行加工🃏。
五轴加工机的注意点
与三轴生产机比较，五轴生产制造中心生产机具备条件有诸多长处，然而在进驻和采取时须小心左右些。- 引进成本：
- 由于其性能高、功能多，在价格上比三轴加工机更昂贵。此外，还必须配备3D CAD/CAM，NC程序也相当繁复，因此这些引进成本也是其缺点之一。
- 加工精度：
- 即使轴的动作精度与三轴加工机相同，在多轴的情况下，加工精度会有下降。此外，机构复杂、可动部分多，导致装置各部分无法获得足够的刚性，可能会降低加工精度。
- 工序切换工时：
- 只要设定过1次，五轴加工机即可高速、高精度地实施加工，但如果要加工新的工件，准备所需的NC程序开发和各轴设定等工作会耗费大量工时。
加工变形的类型和应对措施
谈谈较薄或细微处的工件表面当今社会，如果铣削激光手工生产工艺机以确定高精准度合理到位激光手工生产工艺，也有机会發生翘曲、应对等弯曲弯曲，引发的激光手工生产工艺计算误差。在这一情况下下，必须要制定调整为很难弯曲弯曲的开发、或在前提顾虑弯曲弯曲的框架上激光手工生产工艺等对策。以下将讲述激光手工生产工艺时發生弯曲弯曲的主观原因。夹持力、加工压力等导致的变形与应对措施
处理时固定住钢件的力被称作“夹持力”，车削等处理向钢件增加的力被称作“处理阻力”，这样都可能会是从而造成形变的的原因。- ·夹持力
- 夹持力导致的变形是在固定工件的紧固力大于固定工件部分的强度时发生。
为防止这种情况，较为有效的方法是更改固定工件的位置或方向。若无法改变，可使用固定辅助部件固定容易变形的部位，由此防止发生变形。
- A
- 变形
- B
- 固定辅助部件
- C
- 工件
- 夹持力
- ·加工压力
-
- A
- 切削工具
- B
- 加工压力导致的变形
生产制作心理压力诱发的扭曲是这是由于车削制作制造用具生产制作轴类时的力而突发。为解决各种情况发生，不断提高扭曲部分的板厚、缩短车削制作制造量、调低材质硬性等变化轴类线条的的措施这类行之有效。若这是由于品种或系统的相互影响尚未变化，可用到被喻为“除翘曲”的步骤，即不断提高30%板厚实行粗生产制作再实行精生产制作的步骤，主要用于解决扭曲。
切削热量（加工热量）导致的变形与应对措施
切屑热气是在切屑时切屑APP和镗孔生产面撞击而会行成的热气，应该会做到600°C至1,000°C。越来越是当镗孔为不锈钢装饰管吗等导热性性低的不锈钢材质时，切屑APP和镗孔中会行成的热气无地散发出，会积淀很大的切屑热气。会行成切屑热气时，镗孔会扩张。镗孔扩张致使选择切入进一步高达人设，没法完全制定的尺寸。为必免在这种状态，较可以有效的政策是进行更换切屑油、配合的使用蓄电池放电生产等发生形变较少的生产、改换镗孔材料等。
- A
- 切屑
- B
- 切削工具
- C
- 加工面
- D
- 发热部
残留应力导致的变形与应对措施
从零部件删去夹持力、生产制作学习压力值等惯性力后来，流进零部件内外的承载力成为残余承载力。原料后侧到外面的力和外面到后侧的力原来稳定稳定性。可是，切割时的生产制作学习压力值和切割能量被破坏稳定性后，会会导致翘曲和应对速率。特别是在是在较薄原料的生产制作中方便引发翘曲，而在硬原村料的生产制作中方便引发翘曲和应对速率。前者，只不过用到夹钳稳定时间样式形态没能越来越，在拆下来夹钳后也几率会引发压扁。为避免 种实际情况，可选择为“降温整理”的整理。在废金属切割生产制作中，必须要在生产制作增加行降温整理整理。根据种具体方法，可将生产制作村料软化使其方便生产制作，将强度会平均以避免 生产制作不均匀，各种减小零部件强度差别。
- A：未处理 残留应力导致容易发生变形和破裂等的状态。
- B：退火处理中 用退火炉加热，利用分子运动释放或除去残留应力。
- C：退火处理后 通过除去残留应力防止加工后的变形。
自由曲面测量的课题
确认以叶轮叶片、螺旋伞齿轮的齿面为代表的自由曲面的尺寸和形状是否符合预期是非常重要的。尤其是截面形状，对强度和性能有很大影响，因此要求高精度、定量的3D形状测量。
使用三坐标测ꦜ量仪、游标卡尺等𝐆测量，但是存在用三坐标测量仪准确完成测量的难度很高、用游标卡尺测量会因为不同的测量人员而产生偏差等各种课题。此外，当发生加工不良时，查明和解决问题需要花费大量时间。
使用三坐标测量仪进行测量的课题
一般来说，如要使用三坐标测量仪测量自由曲面，必须使探头前端的接触件接触目标物上想要测量的部位。需要将接触件准确地接触指定的测量点。
此外，若测量范围较大，可通过增加测量点来取得更多位置的测量值，从而提升测量精度。
- 为测量叶轮叶片的厚度和最小厚度以及齿轮的齿面形状，必须测量很多点，所以需要花费大量时间，而且难以掌握整体的详细形状。
- CAD比较相当费时费力，例如，CAD数据与测量目标物的位置对齐十分困难，需要输入设计值和公差等。
- 采用仿形测量方式测量轮廓等，难以掌握整体形状。
使用齿厚游标卡尺、齿厚千分尺进行测量的课题
使用齿厚游标卡尺、齿厚千分尺等手动工具，通过名为“滚柱法”的测量方法测量齿厚。
但是，使用这些手动工具时，手按住测量位置的力（测量力）、测量位置偏差等各种度的把握因人而异。这会造成测量值发生偏差，难以实现定量测量。
此外，如需测量截面，必须切断样品，而且以点为单位的测量难以掌握截面形状。
自由曲面的测量课题解决方法
如果重新审视使用的测量仪所存在的课题，可发现某个共同点。那就是，对于立体且形状复杂的目标物和测量位置，总是在以点或线接触的同时进行测量。
为解决此类测量课题，基恩士开发了高精度三维扫ꦓ描测量仪“VL系列”。以非接触的方式，以面为单位来准确捕捉目标物的3D形状。快速完成载物台上目标物的3D扫描，高精度地测量3D形状。因此，测量结果不会产生偏差，可简单、定量地实施测量。具体优点如下。
优点1：通过颜色显示与3D-CAD数据的差分
可将设计的3D-CAD数据和获得的数据进行比对，并用颜色显示差分，从而针对工件设计实现完成效果的可视化。如此，产品形状分析所耗费的工时便能得到大幅削减。
根据可沿不同方向旋转的3D数据，通过指定的方法对于叶轮叶片的间隔或R形状等各个位置进行测量。可从纵/横方向测量截面，无需破坏工件。
从掌握整体形状到测量指定位置的尺寸，💧均可通过简单的点击操作来实现，使测量定量化，不会被测量人员的技能水平所左右。
- A
- 平面度/几何公差测量 最高点
- B
- 平面度/几何公差测量 最低点
- C
- 仿形测量
- D
- 高度测量
- E
- 角度测量
- F
- 与CAD数据的差异
- G
- R测量
- H
- 宽度测量
优点2：轻松测量滚柱尺寸。无需切断，截面一目了然
使用齿厚游标卡尺和齿厚千分尺测量齿轮的滚柱尺寸时，因为各测量人员的测量点不同、量爪或测杆难以到达测量点等，在可靠性和稳定性方面存在问题。此外，因为是以点为单位测量，所以要测量3D形状尤为困难。
采用“VL系列”，只需将目标物放置到载物台上进行扫描即可。采用非接触方式以及无需定位，实现了以面为单位捕捉目标物整体的3D形状。可显示目标物整体以及测量各个部位的轮廓，所以能够将形状不良的部位及其详细数值等可视化，便于测量人员掌握情况。
而且，采用“VL系列”，还能在比较3D-CAD数据和已取得数据的状态下测量截面，不必切断工件。根据获得的3D🤪数据，用颜色实现滚柱尺寸和齿形状的可视化。可采用非接触方式轻松完成截面测量。此外，通过观察切断部位轮𝔉廓的偏移，可及早发现加工变形等缺陷，并采取相应措施。
总结：对自由曲面的切削加工件高精度测量进行飞跃性改善和高效化
主要包括“VL型号”，可凭借迅速3D扫描拍照，以非接触到的手段高效测量方法切割加产品的自主圆弧。- 无需定位。将目标物放置到载物台上，通过只需一键的简单操作，即可完成测量，因此不会发生人为原因的测量值偏差。
- 因为是以面为单位来捕捉，所以可掌握目标物整体上有缺陷的位置，并对各个位置进行轮廓测量。可评估难以测量的内容，如分析螺旋伞齿轮的齿厚、叶轮叶片的厚度和间隔等。
- 按照指定朝向测量截面。可指定圆的直径，创建与凹槽相切的圆要素。此外，可在不破坏工件的情况下，在希望的位置上从纵/横方向测量截面。
- 可用彩色图显示3D形状。可将一目了然的数据进行共享，不仅可判断OK/NG品，还能顺利实施加工变形的应对措施。
