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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---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，直角铣头供应商，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，在表达式---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。

 立铣头如何进行部件装备工作

   立铣头的部件装配，主要包括传动部件的装配和控制主轴窜动部件的装配以及主轴组和主轴进出部分的装配。下面我们来看一下立铣头部件装配的过程是怎样的。

   传动部件的装配步骤：首先将端盖与毛毡进行装配，这个过程非常简单，实际上就是将毛毡塞入端盖槽中就好了。然后是锥齿轮的装配，这里需要以内衬套作为基准来进行平键的装配。之后需要按照端盖、深沟球轴承、内外隔套、深沟球轴承、垫圈、止动垫圈、圆螺母的顺序一一装配，拧紧止动垫圈并锁紧。将以上安装好的部分一起装入轴承座内，使用六角螺钉固定好，装好隔套，然后是端盖和内六角螺钉的全部拧紧。以上部分安装好以后，还需要进行一个简单的修整，实际上就是垫圈的调整，目的在于使两只锥齿轮的间隙保持在0.2㎜，过程相对较为简单。将传动部件装入到主轴壳体内，锥齿轮则与另一只床身上的锥齿轮相结合，调整间隙后进行拆除，准备总装。

   控制主轴窜动部分的装配：首先仍然选择一个基准，这里以轴承内衬套为基准，龙门直角铣头供应商，装入推力轴承，这里需要密切注意紧圈和松圈的位置，依次将调整垫圈、推力轴承加入，衬套以及螺母同样装配好。简单的装配后需要做一个简单的部件检验，确定其紧固与否，zui后一垫圈为定位基准，测量轴承内衬套的端面，测量无误后锁紧圆螺母。

   主轴组装配，自然以主轴为基准，装好端盖、双列短圆柱滚子轴承以及内外衬套，装入控制主轴窜动部分、圆螺母、轴用挡圈，一起装入主轴套筒内，并拧紧各螺母及端盖螺钉。同样需要一个简单的部件检验，来验证回转精度大小。

   主轴进出部分的装配，需要二十分钟左右的时间，依次为丝杆装键、锥齿轮、推力轴承，一并装入丝杆座，然后依次为推力轴承、垫圈、圆并帽、螺母，zui后拧紧。

   各部分装配完开始总装部分：

   1.将主轴部分装入到主轴壳体内。

   2.主轴进出部分丝杆座与主轴壳体使用六角固定，螺母与主轴套筒固定，小型直角铣头供应商，手轮装配。

   3.传动部分装配，将其套入主轴花键内，zui后使用六角螺钉一一紧固。立铣头就装配好了。