直角銑頭在五軸加工中的刀尖點補償技術是如何操作的
更新時間：2024-04-02 點擊次數：4753次
直角銑頭是一種重要的機床主軸附件，因其能夠使刀具軸線與主軸軸線成 90°直角結構，所以通過與多軸加工中心的配合能夠增加機床的加工范圍。由于直角銑頭的刀具軸線與主軸軸線位于不同方位，傳統五軸數控加工中的刀尖點補償方式已不再適用于直角銑頭，因此需探索新的途徑來實現直角銑頭的五軸加工。直角銑頭應用于五軸加工時，存在控制器參數設置復雜，數控編程難度大，加工過程操作繁瑣等問題，嚴重影響了直角銑頭的利用率和加工效率，并且存在新技術風險分析不到位，造成質量問題的隱患。
直角銑頭的刀尖點線性坐標補償
數控程序的主體部分是由機床刀尖點相對于工件的坐標點群構成的。在五軸加工中，刀尖點位置會隨著機床旋轉軸的旋轉而發生變化，因此必須將刀具參考點通過線性偏置補償到刀尖點處，實現刀尖點的實時跟隨。圖 1 是關閉和開啟刀尖點補償功能時的五軸轉換效果圖。在初始狀態下，刀具參考點位于機床的主軸端面中心點處，因此刀尖點線性坐標補償的本質是計算并補償機床旋轉后主軸端面中心點相對于刀尖點的線性偏置值。從圖 1 可以看出，當關閉刀尖點線性坐標補償功能時，機床將無法運動到正確的加工位置。
刀尖點線性坐標補償的五軸轉換[1]
由于直角銑頭是由兩段直角邊構成，目前使用的常規刀具刀尖點線性坐標補償功能并不適用。直角銑頭的刀尖點線性坐標補償算法主要有兩種實現方式：
a. 對于沒有開放五軸聯動功能的加工中心， 可通過編制刀具參考點偏置補償算法的子程序實現補償；
b. 對于能夠完成五軸聯動的加工中心可通過控制器雙向刀長補償法完成補償。
下面具體闡述刀具參考點偏置補償法和控制器雙向刀長補償法這兩種直角銑頭的刀尖點線性坐標補償方法。
刀具參考點偏置補償法
刀具參考點偏置補償法是通過在 NC 代碼中調用外部子程序，實現對不同機床旋轉角度下直角銑頭刀尖點的線性軸補償。其原理是將機床的旋轉角度作為實參傳遞給子程序，在子程序中計算機床在不同旋轉角度下主軸端面相對于刀尖點的線性軸位置偏置，并將該偏置值寫入控制器的刀具參數表中，當主程序調用該子程序時，刀具參考點將自動補償到刀尖點處。以五軸臥式加工中心為例，刀具參考點偏置補償法根據刀軸的指向可分為四種初始安裝方位（面向機床方向觀察） ：刀軸指向 12 點方向（垂直向上） 、3 點方向（水平向右） 、6 點方向（垂直向下） 、9 點方向（水平向左） ，如圖 2 所示。若在五軸立式機床上，則應從機床俯視圖角度進行觀察。
控制器雙向刀長補償法
普通銑頭的刀具長度僅沿機床主軸方向，在進行刀具長度補償時僅需補償刀具的 Z 向長度值。而直角銑頭包含主軸軸線和刀具軸線兩個刀長方向，因此必須在機床控制器刀具表中設置雙向刀長才能實現機床刀具參考點的偏置補償。以五軸臥式加工中心為例， 按照圖2所述直角銑頭初始安裝位置的四種方向，雙向刀長數值的設置分成以下四組，每組兩個刀長值，如圖 7 所示。 以圖 3 中所示的 12 點方向為例， 直角銑頭中第 1段與刀柄同軸的直角邊沿 Zm 軸正向，第 2 段與刀具同軸的直角邊沿 Ym 軸負向， 因此需將刀長 Lb 值輸入刀具表的 Length 1 中，將-Lc 值輸入 Length 2 中，如圖 7a所示。根據刀具表中設置的雙向刀長補償值，啟動五軸聯動模式，控制器將自動補償由于旋轉軸運動產生的線性偏差，實現機床刀尖點的實時跟隨，該方法適合于具備五軸聯動的五軸加工中心。
