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,镗铣动力头厂家,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,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,镗铣动力头多少钱,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,镗铣动力头定做,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,镗铣动力头,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。
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