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，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，双向直角铣头供应商，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，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，双向直角铣头，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
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***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。
万向铣头具可换性
万向铣头主要为扩大镗床在实际工作中的加工范围，即没有铣头只可加工一个工位，到安装铣头一次性可加工到8个工位，并且主轴可伸展100-150毫米。下面是铣头的加工过程。
①操作者将要加工的零件放在工件台的夹具中，在其它准备工作就绪后，发出加 工指令。 ②工件夹紧后压力继电器动作， 液压动力滑台 （工作台） 开始快进， 到位转工进， 同时启动左和右 1 铣头开始加工，加工到某一位置，双向直角铣头厂家，立铣头开始加工，加工又过 一定位置右 1 铣头停止，右 2 万向铣头开始加工，加工到终点三台电动机同时停止。 ③待加工完全停止后，滑台快退回原位，工件松开，一个自动工作循环结束。 ④操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新发出加工指令重复上述 加工过程。
万向铣头主轴箱采用树脂砂造型的高强度铸铁以及合理的不筋结构，刚性好、稳定性强。工作台拖动采用大惯量交流伺服电机、配置滚珠丝杠和重载直线导轨，经优化设计拥有良好的定位精度及稳态响应特性。主运动采用宽调速交流伺服主电机、减速箱，使得主轴在低速时大扭矩输出，万向铣头适合重切削，高转速时的恒功率适合精加工。
