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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，龙门直角铣头供应商，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，龙门直角铣头价格，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。

铣头的技术与应用

控制系列（Control） 角度铣头是为在加工中心上应用而设计的，可自动从刀库传送到机床主轴或从主轴送回到刀库。所有控制系列铣头，输入轴都集成有锥度，以保证zui大刚度。定位环和定位块带动定位销，可以旋转 3600 以优化角度定位。TCU 铣头上的刀具可以回转 900。当铣头从机床主轴上卸下来时，用一个锁紧销防止驱动锥体转动。

控制柔性系列（Control Flex）

Control Flex系列铣头可满足用户的特殊需要，虽然其刚度不如整体输入驱动的Control系列铣头高，但其传动柄轴必须有良好的互换性，主要特点是具有更大的通用性。公司技术部门利用一装在柄轴顶部的螺钉保证铣头具有严格的同心度。

模块化系列（Modular）

该系列铣头是为无自动化换刀装置的传统机床设计的，铣头利用一个通用联接法兰，手动安装在机床主轴上。通用法兰上有一个T型槽，可使铣头绕垂直轴进行3600定位。TCU铣头可转动刀具主轴，实现900调整。

Modular系列角度铣头可以增加一个接长杆来扩展其长度。接长杆、传动锥体和联接法兰对不同系列中相同规格的铣头可以互换。

TA45和TR90系列

TA45和TR90系列铣头是为用户特殊需要和应用而设计的，当无法用其中任意一种标准铣头加工工件时，日照龙门直角铣头，可采用这两种铣头。这些模块可以在Control和Modular系列中使用，利用特殊的角度铣头可以使标准角度铣头的功能更强，从而扩大了应用范围。

TR90和TA45角度铣头的旋转方向与机床主轴的旋转方向是相反的。

TA45角度铣头有一个固定的450角，也可按用户要求提供900角的铣头。TR90角度铣头的固定角度为900，是根据所用刀具和加工空间量身定制的。

P8和P10系列

P8和P10系列铣头适用于中到大型普通机床，利用一个法兰手动安装在主轴上。通用法兰（标准装备）上的T型槽可方便铣头绕主轴做3600调整。

TDU铣头的可调刀具可以回转3600。

新型T90-10和TDU-10铣头具有zui新功能，例如低摩擦迷宫式密封，球轴承支承主轴和高抗磨渐开线螺旋锥齿轮。

这些功能可以使新型铣头不论尺寸大小都能够达到更高的转速，同时保持低温升和低噪声，同时保障铣头。

万向铣头需选择适当的转速和进给加工

万向铣头又称万d能铣头，该铣头刀具的旋转中心线与机床主轴旋转中心线所成角度可调，可调角度范围一般为0~90度，但也有一些特殊的可调超过90度。使用万向铣头，无需改变机床结构就可以增大其加工范围和适应性，使一些用传统方法难以完成的加工得以实现，并能减少工件重复装夹，提高加工精度和效率。因万向铣头扩充了机床的使用性能，龙门直角铣头定做，相当于给机床增加了一根轴，甚至在某些大型工件不易翻转或是要求的情况下，比第四轴更实用。

万向铣头包含有基座，摆动座、前侧压板、后侧压板、调整装置、传动装置及输出轴。其中，输出轴枢设于摆动座上，传动装置用以将外部的转动动力传递至输出轴上。基座具有前侧墙以及后侧墙，且前、后侧墙间共同界定有容置空间。摆动座位于容置空间中，调整装置用以结合前、后侧压板于该摆动座上，并前、后侧压板自前、后侧墙的外侧抵接于前、后侧墙上，且调整装置可供调整前、后侧压板抵压于前、后侧墙的力量。