利用复合摆角扩大机床摆角行程的方法

摘要

利用复合摆角扩大机床摆角行程的方法，其特征在于建立将零件旋转角度Φ的坐标，Φ值按下列公式求得：arccos［1/（3

说明书

技术领域

本方法用于扩大机床加工摆角角度的方法。

背景技术

复合摆角的利用范围只限于获得最大行切摆角，以提高加工效率和零件表面质量。

在机械加工中，通常以加工基准为第一要素建立坐标系，通常能够满足部分零件在机床上的加工要求，但有一些零件在五坐标立式铣床五电联动加工时，出现局部闭角区单轴摆角超程。如RAMMATIC型号的五坐标立式铣床，A、B两轴单独摆角行程均为±30°，五轴联动时，A轴摆角基于B轴摆角转动。当某个接头零件要在上述的五坐标立式铣床上加工，零件内外形均为直纹面，直纹面母线与Z轴夹角为32°，建立正常加工方案坐标系，此时要求五坐标立式铣床A轴摆角为32°，B轴摆角等于0，超出五坐标立式铣床A、B轴摆角行程，无法加工零件。

如果利用复合摆角可获得最大行切角，如该五坐标立式铣床A轴单独摆角为30°，B轴单独摆角为30°，获得最大行切角为36. 86°，为能加工上述的某个接头零件，利用复合摆角即将某个接头零件旋转一个角度Φ建立坐标系，角度Φ多大，可通过计算求得，再验正是否小于该五坐标立式铣床最大行切角。

发明内容

本发明的目的是提供扩大五坐标立式铣床A、B轴摆角的利用复合摆角扩大机床摆角行程的方法：本发明的目的是通过下述的技术方案实现的：利用复合摆角扩大机床摆角行程的方法，其特征在于建立将零件旋转角度Φ的坐标，Φ值按下列公式求得：

arccos［1/（3^1/2tgα）］≤Φ≤arcsin［1/（2sinα）］

按下列公式得A和B角；

A＝arcsin（sinΦsinα）

B＝arctg（cosΦtgα）。

本发明的优点：扩大了五坐标立式铣床A轴和B轴摆角行程。

附图说明

图1是某个接头零件原坐标系示意图。

图2是某个接头零件旋转角度Φ的坐标系示意图。

图3是RAMMATIC型号的五坐标立式铣床坐标轴示意图。

图4是某零件转角坐标示意图。

图5是图4中A—A剖视及坐标示意图。

图中的：D－最大摆角主轴方向  X－坐标系中的X轴即五坐标立式铣床X轴  Y－坐标系中的Y轴即五坐标立式铣床Y轴  Z－坐标系中的Z轴即五坐标立式铣床Z轴  A-坐标系中的A轴即五坐标立式铣床A轴摆角为A   B-坐标系中的B轴即五坐标立式铣床B轴摆角为B   E－刀具切削端面中心点   Φ－零件旋转角度   C′E连线为刀具中心线即刀轴   C′E连线与Z轴夹角为主轴摆角α。

具体实施方式

利用复合摆角扩大机床摆角行程的方法，其特征在于建立将零件旋转角度Φ的坐标，Φ值按下列公式求得：

arccos［1/（3^1/2tgα）］≤Φ≤arcsin［1/（2sinα）］

按下列公式得A和B角；A＝arcsin（sinΦsinα）

B＝arctg（cosΦtgα）。

实施例：

1、零件加工过程中各坐标轴

RAMMATIC五坐标数控铣床坐标轴为X、Y、Z、A、B，平行工作台向右为X轴（方向不能确定），向前为Y轴，垂直工作台向上为Z轴，绕X轴旋转为A角（谁绕X旋转），绕Y轴旋转为B角，RAMMATIC五坐标数控铣床本身决定A角基于B角旋转。零件加工过程中，刀具切削端面中心点E为刀心， C′E连线为刀具中心线即刀轴，中心线的方向为刀轴方向，刀具中心线C′E连线与Z轴夹角为合成主轴摆角α，如图3所示。

2、零件加工过程中主轴摆角与各坐标轴的关系

显而易见，只要不超出行程，X、Y、Z与α无关系。

根据勾股定理：

［C′E′］²＝［C′F′］²＋［F′E′］²

↓

［C′E  sinα ］²＝［C′E sinA］²＋［C′E cosα tgB］²

化简可得主轴摆角α与机床A、B摆角之间的关系：

sin²α＝sin²A＋cos²αtg²B

↓

cosα＝cosAcosB

3、          机床主轴最大摆角

由 cosα＝cosAcosB可得  α＝arccos（cosAcosB）

当A＝0，B＝30°时α＝30°

当A＝30°，B＝0时α＝30°

当A＝30°，B＝30°时α＝36.86°

α与A、B摆角成正比例关系，即A、B摆角越大，可实现主轴摆角就越大，RAMMATIC五坐标立式铣床主轴摆角最大为36.86°,可见,如果零件加工过程中出现摆角超程,并不能说明此机床不能胜任此零件的加工,我们可以通过控制某接头零件旋转一个角度Φ建立坐标系,来协调最大主轴摆觚位置,保证A、B两摆角均不超出行程，来实现零件在RAMMATIC五坐标立式铣床上的正常加工。

4、          最大主轴摆角位置的控制

加工零件时主轴摆角在XY平面内的投影CE与机床坐标系X轴之间的夹角为Φ（0≤Φ≤90°），根据图3所示，各边关系，可得：

C F/C E＝C′F′/C′E′＝（C′F′/C′E）/（C′E′/ C′ E）

E F/C E＝E′F′/C′E′＝（E′F′/ E′E）/（C′E′/ E′ E）

↓

sinΦ＝sinA/sinα

cosΦ＝tgB/tgα

↓

A＝arcsin（sinΦsinα）

B＝arctg（cosΦtgα）

可见当α一定时，A、B两角的大小由变量Φ决定，而Φ为加工零件以大主轴摆角在XY平面内的投影与机床坐标系X轴之间的夹角，所以通过控制Φ就可以控制主轴最大摆角的位置。也就是在XY平面内绕原点旋转工件来改变Φ，从而控制A、B两角均不超程。

5、          主轴摆角α变量Φ的关系

要使RAMMATIC五坐标立铣床不超程

A≤30°且B≤30°

↓

sinΦ≤1/（2sinα）且cosΦ≤1/（3^1/2tgα）

↓

｛0≤Φ≤arcsin［1/（2sinα）］｝且｛arccos［1/（3^1/2tgα）］≤Φ≤90°｝

分析此解：

当0≤α≤30°时Φ任意：

当30°＜α≤36.86°时

arccos［1/（3^1/2tgα）］≤Φ≤arcsin［1/（2sinα）］

当36.86°＜α≤90°时Φ无解。

故零件在RAMMATIC五坐标立铣床加工时，当所需主轴最大摆角不大于30°时，任意坐标系即可实现加工，当所需主轴最大摆角大于30°且不大于36.86°时，可通过在XY平面内旋转工件将所需最大摆角主轴在工作台上的投影置于合适方向上利用复合摆角实现加工，当所需最大主轴摆角大于36.86°时，则通过在XY平面内旋转工件无法实现加工。

此方法同样适用于其它机床，因机床构造差异角度关系会有差异，如机床B角基于A角转动，则角度关系为：sin²α＝cos²αtg²A＋sin²B，tgA＝sinΦtgα，sinB＝cosΦsinα，但角度复合道理相似。

以某零件镗腹板孔为例：需要主轴摆角35°。若35°由A角或B角单独承担，肯定不能实现正常加工，此时需要将零件转一个角度，求出角度Φ，按下列公式可得Φ的范围值，

arccos［1/（3^1/2tgα）］≤Φ≤arcsin［1/（2sinα）］

34.45°≤Φ≤60.65°

可根据工作台大小情况决定Φ具体数值。现取Φ＝40°，此时，

A＝arcsin（sin 40°sin35°）＝21.63°

B＝arctg（cos40°tg35°）＝28.20°

A、B角均不超程，可以实现对零件的加工。