隨著當(dāng)前刀具軌跡規(guī)劃算法的深入發(fā)展，針對不同加工方式也都形成了對應(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)濟損失甚至人員傷害，所以對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)展的碰撞干涉檢測方法有基于距離的碰撞干涉檢測方法、凸包方法、矢量法、映射法、包圍體積法等五種碰撞干涉檢測方法。
同時由于管道泵配件加工過程中的工況以及多軸機床動力學(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法、臨界約束法、自適應(yīng)法。
(1)插補法
該方法的基本思想是基于已產(chǎn)生的刀軸矢量，一方面從運動學(xué)角度分析其變化趨勢與旋轉(zhuǎn)軸速度、旋轉(zhuǎn)軸角度、加速度等影響機床運動平滑性因素的關(guān)系，然后對后置處理生成的旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)進行線性插補，以消除因刀具擺動造成的機床顫振，滿足精密加工要求；另一方面觀察其變化趨勢與加工帶寬、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，對刀軸矢量進行插值，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加工曲面表面質(zhì)量的影響因素，改進后的刀軸矢量實用性強，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位置關(guān)系以及刀位數(shù)據(jù)與機床回轉(zhuǎn)軸角度之間的運動變換趨勢，構(gòu)建臨界約束條件，采用搜索算法對切觸點平面內(nèi)所用刀軸可行域進行搜索。該方法形成的刀軸矢量光順性好，但算法復(fù)雜計算量大。
(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)劃刀軸矢量時過于局限性，對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容易產(chǎn)生局部干涉。
另外在實際加工中，在精確性、高效性等生成指標(biāo)良好的刀具軌跡，可能會因刀軸需要過高的旋轉(zhuǎn)角加速度，而產(chǎn)生過高的動態(tài)載荷。同時，數(shù)控加工尤其是在高速加工中動態(tài)載荷往往受機床等因素的限制，影響了管道泵配件加工效率。
在高采樣頻率時產(chǎn)生精確的旋轉(zhuǎn)軸增量值，以便機床控制動載荷變化。同時，還研究了球頭刀在沿特定軌跡走刀時的不確定性，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容易發(fā)生局部或者全局的干涉碰撞，需通過對刀軸的控制來消除。針對常用軌跡規(guī)劃算法中碰撞問題的檢查和避免方法進行了歸類，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-曲面間的有向距離函數(shù)為點到曲面上與其距離最短的一點的距離來優(yōu)選刀位點排布，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)利用計算機圖形學(xué)技術(shù)，為實現(xiàn)對數(shù)控代碼(NumericalControl，NC)正確性、可靠性的檢驗提供了有效的驗證平臺，能夠從幾何形狀、碰撞檢測及加工效率方面等對加工過程進行評估，并且建立虛擬的加工仿真環(huán)境為進一步縮短產(chǎn)品制造周期提供了強有力的工具。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)測切削加工過程中，水泵廠研究工作主要集中于仿真計算、加工建模、預(yù)測等方面。
在面對具有復(fù)雜幾何形貌和高精度尺寸要求的機械零件時，五軸數(shù)控加工機床因引入了兩個額外的旋轉(zhuǎn)軸，其典型的運動學(xué)模型有兩個旋轉(zhuǎn)軸正交于機床坐標(biāo)系，而特別的運動學(xué)模型有兩個旋轉(zhuǎn)軸非正交于機床坐標(biāo)系。由于兩個旋轉(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，更短的加工時間，更高精度的創(chuàng)成質(zhì)量；同時，還包括通過旋轉(zhuǎn)刀軸至合適的位置和姿態(tài)以擴大加工領(lǐng)域，以及減少刀具長度和設(shè)置過程等許多優(yōu)勢。
然而，這些優(yōu)勢也增加了數(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，使機床數(shù)控系統(tǒng)能夠識別并運作。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床數(shù)控操作系統(tǒng)中，形成驅(qū)動機床各軸運動所需的數(shù)控加工程序。另外，五軸數(shù)控機床種類繁多，機構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜，空間運動變換關(guān)系形態(tài)各異，機床結(jié)構(gòu)不同，其運動變換算法也不同，使空間坐標(biāo)變換難以實現(xiàn)統(tǒng)一。
