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一种数控角度铣头的数控加工控制方法研究

特殊角度头数控控制方法研究

（1）控制方法研究。在具备RTCP控制的数控系统中，程序的旋转控制点为刀尖点，当各线性轴和旋转轴同时运动时，能够保证当前的控制点始终为刀具的刀尖点，这种方式可以有效地简化数控程序的编制和现场应用。而角度头刀柄五轴联动也可以分解为回转运动和平移运动。因此，可通过研究将角度头的刀具尖点的数据经相关偏移量的补偿转化，使其符合当坐标机床的控制机制。

以图2所示说明，P点为主轴中心轴线与角度头刀具中心线交点，Q的点为角度头安装刀具后的刀尖点，将实际刀具的编程控制点Q转移到P点，即假想P点为当前程序的实际加工刀具尖点，而将此过程中的转化偏移等量值在数控程序运行阶段补偿。在此过程中，需要明确的是A尺寸数据、B尺寸数据以及角度头的安装角度，为简化数据的处理逻辑及现场操作者的可操作性，将角度头的安装规定一个固定的方向，如约定角度头刀具方向沿着X轴正方向。

除了对线性轴XYZ进行补偿外，还要考虑旋转轴如何进行控制的问题。在角度头固定一个安装角度的情况下（本文以沿着X轴正方向为讨论基础，在实际应用时操作者依据此要求安装即可），需按照常规的五坐标旋转轴后处理进行计算，并按照其运动及结构逻辑对角度头的90°安装方向进行补偿。

（2）数控程序指令实现。在西门子840D系统中，数控程序的指令定义中支持变量调用、局部变量定义及表达式计算等方式，为实现加工中程序调用执行阶段进行数据补偿计算提供了条件，通过参数化编程，实现角度头的数控程序自动化控制和补偿。

在RTCP调用模式下，将图2所示的尺寸A的数值赋值到当前调用的刀具长度值中，用于在RTCP模式下控制P点的运动，并按90°的朝向对B数值进行补偿。

对于从角度头刀具尖点到P点的计算，可通过定义Siemens840D系统中的局部变量来计算，如HeadLC，该变量赋值为90°角度头刀柄安装端面与机床主轴轴线的垂直距离（固定数值与当前使用的角度头具体值一致）+实际的刀具及刀柄长度（刀尖点到安装面的距离），该数值应由操作者根据现场实际数值进行修改。

所有控制点的坐标采用表达式的方式进行描述，车床动力头价格，在表达式中将编程前处理APT中的当前某点刀轴矢量也输出到对应轴的计算表达式中，在执行时由控制系统自动计算终数据。比如可处理为如下格式：

DEF REAL HeadLC=211；其中的211为具体数据，根据实际情况会有不同。

N26G00X=99.000+HeadLC×(-1.000)Y=0.000+HeadLC×(0.000)Z=170.000+HeadLC×(0.000)B0.000CW=0.000

其中，X=99.000+HeadLC×(-1.000)是X轴的补偿计算表达式，99.000是被推算到P点的X轴坐标，HeadLC是定义的有具体距离值的变量，（-1.000）是当前点角度头刀轴方向的X轴矢量分量；Y=0.000+HeadLC×(0.000)，0.000是被推算到P点的Y轴坐标，HeadLC是定义的有具体距离值的变量，（0.000）是当前点角度头刀轴方向的Y轴矢量分量；Z=170.000+HeadLC×(0.000)，170.000是被推算到P点的Z轴坐标，HeadLC是定义的有具体距离值的变量，（0.000）是当前点角度头刀轴方向的Z轴矢量分量；B0.000是当前主轴B轴旋转的角度，CW=0.000是当前工作台旋转的角度，其中CW为该系统中对C轴的具体标识。

（3）后处理方法实现。针对上述讨论的实现方法，在开发后处理工具时主要考虑如下几项关键环节：

常规加工需要五轴联动（也可不联动）点插补的情况下，对于BC轴的角度的计算，限定角度头安装角度（此处限定在Ｘ轴正方向上），可按常规的五轴后处理算法（针对XYZBC组合）进行处理，并在计算结果的基础上补偿角度头的90°值到已得到的B轴数据中，CAM数控编程按常规五轴编制刀路轨迹，并按点插补处理APT中间文件。

针对某些需要局部坐标系且刀轴方向与局部坐标系Z轴平行的情况（如采用固定循环指令方式加工斜面或侧面孔、采用圆弧指令加工圆弧等特征），可在当前定向方向上通过使用ROT命令实现局部坐标系定义，并将当前特征加工数据经空间变换，转换到局部坐标系下，实现特征加工，CAM数控编程按常规五轴编制刀路轨迹，并按固定循环、圆弧特征处理APT中间文件，编程实例如图3所示。

以上研究成果可通过软件开发的方式实现，并进行了验证性应用，验证实例如图4所示。

　90度直角铣头在精镗气缸体曲轴孔上的工艺应用分析

随着国内发动机行业的飞速发展，产品更新换代加速，零部件的制造精度越来越高，与之相反的新品开发周期愈来愈短，快速试制成为一种趋势。某厂针对柴油机主要自制件之一气缸体曲轴孔精加工工艺准备周期长、工装复杂、成本高的难点，突破常规采用专机进行线镗排加工的工艺，采用90度直角铣头在加工中心上完成加工，对提高工装柔性，缩短制造周期，实现快速试制上取得了很大的进步。

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直角铣头是机床附件作技术保障

直角铣头的主要关键部件是主轴箱，安装在立柱侧面，也有少数厂家采用双立柱的热对称结构，将主轴箱置于立柱中间，这种结构zui大特点是刚性、平衡性、散热性能好，为主轴箱高速运行提供了可靠保证。但是，双立柱结构不便于维护保养，是当今采用的厂家不多的原因。主轴箱移动多通过电机驱动滚珠丝杆进行传动，是主轴驱动传动装置，由伺服电机驱动滚珠丝杆进行驱动。由于主轴转速越来越高，主轴升温快，现在，已有很多厂家将采用油雾冷却以替代油冷却，更有效地控制主轴升温，使其精度得到有效保证。

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传统的直角铣头铣削是通过镗杆进行加工，而现代铣削加工，数控动力头价格，多由各种功能附件通过滑枕完成，已有替代传统加工的趋势，铣削动力头价格，其优点不仅是铣削的速度、，更主要是可进行多面体和曲面的加工，这是传统加工方法无法完成的。因此，现在，很多厂家都竞相开发生产直角铣头，在于它的经济性，技术优势很明显，还能大大提高机床的工艺水平和工艺范围。同时，又提高了加工精度和加工效率。当然，需要各种不同型式的高精密铣头附件作技术保障，对其要求也很高。