直角铣头在五轴加工中的刀尖点补偿技术.doc

直角铣头在五轴加工中的刀尖点补偿技术.DOC:..直角铳头在五轴加工中的刀尖点补偿技术2015-8-14来源:数控机床市场网摘要:针对直角铳头在五轴数控加工中刀尖点位置线性补偿的技术难题,通过对直角铳头的安装方式及刀尖点补偿算法等研究,采用了***参考点偏置补偿法、控制器双向刀长补偿法,解决了直角铳头在不同机床结构、不同数控系统的加工中心上,対内部空间狭小的复杂结构进行加工时易出现主轴干涉和运动轴超程的共性瓶颈问题,大幅度提升了加工中心的加工范国与适应性。冃前,直角铳头己在多个航天器型号的复杂结构研制中得到成功应用。关键词:直角铳头;五轴加工;刀尖点补偿;刀轴方向1引言直角铳头是一种重要的机床主轴附件,因其能够使***轴线与主轴轴线成90。直角结构,所以通过与多轴加工中心的配合能够增加机床的加工范围。由于直角铳头的***轴线与主轴轴线位于不同方位,传统五轴数控加工中的刀尖点补偿方式己不再适用于直角铳头,因此需探索新的途径来实现直角铳头的五轴加工。直角铳头应用于五轴加工时,存在控制器参数设置复杂,数控编程难度大,加工过程操作繁琐等问题,严重影响了直角铳头的利用率和加工效率,并且存在新技术风险分析不到位,造成质量问题的隐患。2直角铳头的刀尖点线性坐标补偿数控程序的主体部分是由机床刀尖点相对于工件的坐标点群构成的。在五轴加工屮,刀尖点位置会随着机床旋转轴的旋转而发生变化,因此必须将***参考点通过线性偏置补偿到刀尖点处,实现刀尖点的实时跟随。图1是关闭和开启刀尖点补偿功能时的五轴转换效果图。在初始状态下,***参考点位于机床的主轴端面中心点处,因此刀尖点线性坐标补偿的本质是计算并补偿机床旋转后主轴端面中心点相对于刀尖点的线性偏置值。从图1可以看出,当关闭刀尖点线性坐标补偿功能时,机床将无法运动到止确的加工位置。a关闭朴ii b开启补偿图1刀尖点线性坐标补偿的五轴转换[1]由于直角铳头是由两段直角边构成,目前使用的常规***刀尖点线性坐标补偿功能并不适用。直角铳头的刀尖点线性坐标补偿算法主要有两种实现方式:,可通过编制***参考点偏置补偿算法的子程序实现补偿;。下面具体阐述***参考点偏置补偿法和控制器双向刀长补偿法这两种直角铳头的刀尖点线性坐标补偿方法。***参考点偏置补偿法***参考点偏置补偿法是通过在NC代码中调用外部子程序,实现对不同机床旋转角度下直角铳头刀尖点的线性轴补偿。其原理是将机床的旋转角度作为实参传递给子程序,在子程序中计算机床在不同旋转角度下主轴端面相对于刀尖点的线性轴位置偏置,并将该偏置值写入控制器的***参数表中,当主程序调用该子程序时,***参考点将自动补偿到刀尖点处。以五轴卧式加工中心为例,***参考点偏置补偿法根据刀轴的指向可分为四种初始安装方位(面向机床方向观察):刀轴指向12点方向(垂直向上)、3点方向(水平向右)、6点方向(垂直向下)、9点方向(水平向左),如图2所示。若在五轴立式机床上,则应从机床俯视图角度进行观察。a12点才向 (右视图)如图3所示,当直角铳头刀轴初始方向指向12点位置时,以机床水平旋转轴中心A为参考原点,则初始***参考点B的坐标为[OO-La]T,初始刀尖点C的坐标为[0Lc-La-Lb]To当直角铳头绕Xm轴旋转。后,刀尖点D的坐标[XdYdZd]T可由式(1)求得:■■Xd'1000^■0■0Yd0cos〃-sinW0LcLc-cos〃+(£“+Lb)・sin0Zd0sinWcos〃0A—Lu—Lb厶・sin〃一(3+")・cos〃1■■0001■1■■I■■⑴因此,初始***参考点B相对于刀尖点D的线性偏差值为:■■0AX=-Lc-cos^-(At7+LA)-sinAZI-//一厶c・sin&+(/a+Lb)・,当直角铳头刀轴初始方向指向3点位置时,设机床水平旋转轴中心A为参考原点,则初始***参考点B的坐标为[00丄m]T,初始刀尖点C的坐标为卜LcO丄*Lb]T°此时机床先绕Xm轴旋转-90°,再绕Zm轴旋转。后,刀尖点D的坐标[XdYdZd]T可由式(3)求得:■■Xd■COS”-sin"0■0■I00■0■■■Lc■■-Lc・ +(S+Lh)・sin〃YdMOsinOco$〃00w0cos(-90)-sin(-90)00-Lc・sin〃-(La+Lh)•cos〃Zd0010X0sin(-90)cos(-90)0X-La-