AB擺角五坐標(biāo)機(jī)床

1、AB擺角的數(shù)控五坐標(biāo)銃床特點(diǎn)及使用數(shù)控加工廠林君奇摘要A、B擺角的數(shù)控五坐標(biāo)銃床在沈飛集團(tuán)公司數(shù)控加工廠有H一臺(tái)，比A、C擺角和BC擺角的數(shù)控五坐標(biāo)銃床略微多一點(diǎn)。它的機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用中要注意的一些事情，目前還沒(méi)有完整的文章來(lái)論述它。這種A、B擺角結(jié)構(gòu)的五坐標(biāo)銃床不適宜高速銃切削，隨著數(shù)控高速五坐標(biāo)銃床的發(fā)展，可能會(huì)越來(lái)越少。但其它類(lèi)型的五坐標(biāo)數(shù)控銃床會(huì)越來(lái)越多。研究這種結(jié)構(gòu)的五坐標(biāo)銃床，為發(fā)展其它類(lèi)型的五坐標(biāo)數(shù)控銃床有著十分重要的意義，數(shù)控加工廠目前也十分需要這方面知識(shí)。關(guān)鍵詞：五坐標(biāo)數(shù)控銃床A、B擺角轉(zhuǎn)心距程序轉(zhuǎn)換非線(xiàn)性誤差五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銃是數(shù)控技術(shù)中難度最大的數(shù)控技術(shù)。涉及機(jī)械、電器、

2、數(shù)學(xué)、力學(xué)等各科領(lǐng)域的知識(shí)也比較多。隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，它的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，它集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密技術(shù)于一體，加工質(zhì)量要求很高的復(fù)雜曲面。高效、精密、自動(dòng)化、數(shù)字化定義是它的特點(diǎn)。它所加工的零件有許多，從效率和質(zhì)量上說(shuō)，是三坐標(biāo)數(shù)控銃切方式無(wú)法代替的。盡管我們引進(jìn)的俄羅斯項(xiàng)目絕大多數(shù)是三坐標(biāo)加工的零件，那只能說(shuō)明他們上個(gè)世紀(jì)八、九十年代的生產(chǎn)水平。由于五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銃那些重要的實(shí)用價(jià)值，及技術(shù)復(fù)雜性，五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銃加工系統(tǒng)一直是歐、美等西方國(guó)家嚴(yán)格封鎖的項(xiàng)目。前蘇聯(lián)從日本人手中購(gòu)得五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工系統(tǒng)，制造出低噪音的潛艇推進(jìn)器，使美國(guó)反潛艇裝置失效。引起西方世界大為不滿(mǎn)。即

3、所謂的“東芝事件”。沈飛集團(tuán)公司開(kāi)始四坐標(biāo)數(shù)控加工距今已有廿四個(gè)年頭了。運(yùn)用四坐標(biāo)數(shù)控銃床加工零件的經(jīng)歷，給五坐標(biāo)數(shù)控加工打下了很好的基礎(chǔ)。一九八二年七月我們開(kāi)始在北京航空工藝研究所加工殲八原型機(jī)的整體一框。運(yùn)用五坐標(biāo)數(shù)控銃床加工航空類(lèi)變斜角零件已經(jīng)有廿年歷史了。體現(xiàn)了沈飛集團(tuán)公司數(shù)控加工技術(shù)有一定的實(shí)力。1 .簡(jiǎn)述多坐標(biāo)數(shù)控銃床的種類(lèi)一般說(shuō)坐標(biāo)數(shù)多于三的數(shù)控銃床就可稱(chēng)為多坐標(biāo)數(shù)控銃床了。其實(shí)這種定義，沒(méi)有說(shuō)出其真正的意義。真正意義應(yīng)該說(shuō)，有了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床才叫多坐標(biāo)數(shù)控銃床。因?yàn)橛械臋C(jī)床，雖然多了一個(gè)兩個(gè)坐標(biāo)，其實(shí)只是刀具僅沿著Z或X或Y軸作了附加運(yùn)動(dòng)。多坐標(biāo)數(shù)控銃床種類(lèi)非常多，有機(jī)床主

4、軸旋轉(zhuǎn)的，有機(jī)床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的，有工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)的。有旋轉(zhuǎn)中心在主軸端面上方的，有旋轉(zhuǎn)中心在主軸端面下方的。有A、B結(jié)合的，有B、C結(jié)合的，有A、C結(jié)合的。有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)中心重合的，有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)中心分離的。有A為第一轉(zhuǎn)動(dòng)角，B為第二轉(zhuǎn)動(dòng)角的，有B為第一轉(zhuǎn)動(dòng)角，A為第二轉(zhuǎn)動(dòng)角的。有正交結(jié)合的，有非正交結(jié)合的。,等等，數(shù)不勝數(shù)。目前還出現(xiàn)了萬(wàn)向節(jié)式的，主軸懸掛式的，又分為固定懸掛，非固定懸掛。結(jié)構(gòu)如此復(fù)雜多變的機(jī)床種類(lèi)，在這里實(shí)在是無(wú)法研究，下面介紹幾種機(jī)床都是沈飛集團(tuán)公司正在使用的，或曾經(jīng)使用過(guò)的。1.1. 四坐標(biāo)數(shù)控銃床沈飛集團(tuán)公司曾經(jīng)購(gòu)置過(guò)齊齊哈爾第二機(jī)床廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的Q2SK243型四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)龍門(mén)數(shù)控銃

5、床。這是“齊二機(jī)床”一九七六年八月出廠的產(chǎn)品。雖然它各項(xiàng)指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)今出品的任何一款數(shù)控銃床，但是它是我國(guó)最先開(kāi)始生產(chǎn)的多坐標(biāo)數(shù)控銃床。為我們認(rèn)識(shí)多坐標(biāo)數(shù)控銃提供許多必要的基礎(chǔ)知識(shí)。1+Z卜面就是Q2SK243型機(jī)床的示意圖。（圖一）圖一A、B、C擺角，國(guó)際通用的規(guī)定是（參考圖一）A擺角，繞X軸；B擺角，繞Y軸；C擺角，繞Z軸。它們正負(fù)方向的判斷是右手握拳，大拇指指向所對(duì)應(yīng)的軸向，其它四指的指向即該擺角的正向。通過(guò)圖一中的+A和-A,我們也可看出，X的正方向是指向我們視前方的。一九七八年沈飛公司又引進(jìn)了瑞士生產(chǎn)的NIV1800型數(shù)控龍門(mén)銃，它和Q2SK243型銃床一樣都是工作臺(tái)移動(dòng)的龍門(mén)

6、銃。瑞士生產(chǎn)的NIV1800型數(shù)控龍門(mén)銃，除了精度、功率、控制機(jī)的處理能力,等許多方面與齊齊哈爾生產(chǎn)的Q2SK243型數(shù)控龍門(mén)銃床不同，或高過(guò)Q2SK243型許多。但最明顯的不同點(diǎn)是：Q2SK243型銃床的主軸旋轉(zhuǎn)中心在主軸端面的上方，而瑞士生產(chǎn)的NIV1800型數(shù)控龍門(mén)銃的主軸旋轉(zhuǎn)中心在主軸端面的下方；另外Q2SK243型銃床的主軸是不可伸縮的，而NIV1800型數(shù)控龍門(mén)銃的主軸是可伸縮的，它的主軸是活塞式套筒裝置，可伸縮一百毫米。下面做一些總結(jié)比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)：主軸旋轉(zhuǎn)中心在主軸端面的上方，旋轉(zhuǎn)中心距離主軸系統(tǒng)的重心比較近，機(jī)械的慣性距小，隨動(dòng)誤差小，要求擺角坐標(biāo)的電機(jī)功率小。主軸旋轉(zhuǎn)中心

7、在主軸端面的下方，旋轉(zhuǎn)中心距離主軸系統(tǒng)的重心比較遠(yuǎn)，機(jī)械的慣性距大，隨動(dòng)誤差大，要求擺角坐標(biāo)的電機(jī)功率大。圖二Q2SK243型銃床的主軸旋轉(zhuǎn)中心在主軸端面的上方。由于當(dāng)年的認(rèn)識(shí)水平，控制機(jī)的處理能力，機(jī)械制造業(yè)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)能力，都比較低。機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)中心在主軸端面的上方，并且距離銃刀的前端很遠(yuǎn)。這樣，非線(xiàn)性誤差就加大（后面論述），就不能進(jìn)行滿(mǎn)意的變斜角加工（不僅僅是這些原因，但其它原因不是這篇論文所論述的內(nèi)容，所以不贅述了）。當(dāng)我們引進(jìn)瑞士生產(chǎn)的NIV1800型四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)龍門(mén)數(shù)控銃后，這方面的認(rèn)識(shí)就清楚了。到引進(jìn)V1-2000.2T型五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銃后，我們的認(rèn)識(shí)就更清楚了。NIV180

8、0型銃床的主軸套筒可調(diào)，一般情況銃刀的刀端都可調(diào)到理論數(shù)據(jù)面（見(jiàn)上。而Q2SK243型銃床因其主軸是不可伸縮的就不能做調(diào)整，銃刀長(zhǎng)短不同就要編寫(xiě)不同程序。這在當(dāng)年是非常不易做到的?！胺蔷€(xiàn)性誤差”和“主軸長(zhǎng)度不能調(diào)整”是它在當(dāng)年致命的兩大缺點(diǎn)?，F(xiàn)在這兩個(gè)問(wèn)題，都可以靠機(jī)床控制機(jī)的軟件模擬插補(bǔ)解決。當(dāng)年設(shè)備簡(jiǎn)單，數(shù)控機(jī)床的程序編制就復(fù)雜，現(xiàn)在設(shè)備先進(jìn)，數(shù)控機(jī)床的程序編制就簡(jiǎn)單了。1.2. 五坐標(biāo)數(shù)控銃床1.2.1. V1-2000.2T一九八二年沈飛公司引進(jìn)了法國(guó)生產(chǎn)的V1-2000.2T型五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門(mén)銃。它的主軸套筒可伸縮40毫米，由電動(dòng)按鈕操作，分粗調(diào)和精調(diào)兩個(gè)按鈕（瑞士NIV1800是

9、手動(dòng)搖把操作的）。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)中心在主軸端面上方?？刂茩C(jī)是MACS508系統(tǒng)。1.2.2.FPF-D-N/C-5一九九六年沈飛公司從巴西引進(jìn)了三臺(tái)西班牙生產(chǎn)的FPF-D-N/C-5型五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門(mén)銃。它的主軸套筒也可伸縮40毫米，但是轉(zhuǎn)心距是由傳感器自動(dòng)對(duì)出的，因?yàn)樗粋€(gè)橫梁上有三個(gè)主軸，轉(zhuǎn)心距必須一致，所以要自動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)心距?？刂茩C(jī)是NUM760F系統(tǒng)。1.2.3. RAMMATIC1001一九九九年沈飛公司從意大利引進(jìn)了三臺(tái)RAMBAUDI公司生產(chǎn)的RAMMATIC1001型立式五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銃。它的主軸套筒是不可伸縮的。但控制機(jī)是SIEMENS840D,該控制機(jī)可以將主軸的旋轉(zhuǎn)中心模擬到沿主

10、軸中心線(xiàn)上下幾米任意位置。這就是所謂的“RTCP"（ROTATINGTOOLCENTERPOINT）功能。主軸是不可伸縮的多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銃，“RTCP”功能是十分必要的，當(dāng)采購(gòu)多坐標(biāo)數(shù)控銃床時(shí)尤其要關(guān)注這個(gè)問(wèn)題（后面論述）。1.2.4. 以上三種數(shù)控銃床的對(duì)轉(zhuǎn)心距的處理越來(lái)越先進(jìn)由于對(duì)轉(zhuǎn)心距的處理越來(lái)越先進(jìn)，使得工人操作越來(lái)越方便。程編員編制程序也簡(jiǎn)單了。零件的質(zhì)量也提高了。零件在試切調(diào)整時(shí)也容易了。但是“RTCP”的概念開(kāi)始是由西班牙生產(chǎn)的FPM-60型叉式五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門(mén)銃帶進(jìn)沈飛的。為了與A、B擺角的數(shù)控銃床進(jìn)行比較，下面也介紹一下FPM-60O1.2.5.FPM-60為了能

11、更多了解A、B擺角的數(shù)控銃床，介紹一下FPM-60O一九九五年沈飛公司引進(jìn)了西班牙生產(chǎn)的FPM-60型叉式五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門(mén)銃。它的主軸套筒是不可伸縮的，主軸是叉式結(jié)構(gòu)，B、C擺角。控制機(jī)是FIDIACNC20O控制機(jī)可以有模擬主軸旋轉(zhuǎn)中心位置的“RTCP”功能，是從這臺(tái)機(jī)床看到并逐步認(rèn)識(shí)清楚的。關(guān)于A、C擺角和B、C擺角的五坐標(biāo)數(shù)控銃床，也有許多內(nèi)容要討論，不是本文的論題，擬在另外的文章中論述。1.2.6. A、B擺角數(shù)控銃床與叉式主軸的多坐標(biāo)數(shù)控銃床的比較A、B擺角的數(shù)控銃床，它們的主軸部件一般來(lái)說(shuō)都比較大而沉重，Z向行程也比較短，A、B擺角的范圍比較小，一般不超過(guò)土30度。不適宜設(shè)計(jì)高速

12、數(shù)控銃床。叉式主軸的A、C或B、C擺角的龍門(mén)數(shù)控銃床，除去滑枕部分，主軸部件一般比較小而輕，Z向行程也比較長(zhǎng)，立柱可設(shè)計(jì)成高架橋式的，減少隨動(dòng)誤差，所以可設(shè)計(jì)成數(shù)控高速銃床。A、B擺角的數(shù)控銃床，因?yàn)樗男D(zhuǎn)軸和銃刀軸沒(méi)有重合的機(jī)會(huì)，并且A、B擺角的范圍沒(méi)有超過(guò)90度（設(shè)計(jì)上也不太可能超過(guò)90度）。所以一個(gè)刀軸矢量只能計(jì)算出一對(duì)A、B擺角。反過(guò)來(lái)，一對(duì)A、B擺角也只能計(jì)算出一個(gè)刀軸矢量。刀軸矢量和A、B擺角的計(jì)算是互逆的。一個(gè)帶刀軸矢量的刀位點(diǎn)（我們可定義為“全參數(shù)刀位點(diǎn)”）到下一個(gè)刀軸矢量變化了的刀位點(diǎn)，其走刀路線(xiàn)也是唯一的。叉式五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門(mén)銃因?yàn)樗男D(zhuǎn)軸和銃刀軸有重合的機(jī)會(huì)，并且C

13、擺角的范圍超過(guò)了360度。所以有時(shí)第4頁(yè)共17頁(yè)一個(gè)刀軸矢量能計(jì)算出一對(duì)A、C或B、C擺角來(lái)。刀軸矢量和A、C或B、C擺角的計(jì)算不是互逆的。一個(gè)帶刀軸矢量的刀位點(diǎn)到下一個(gè)刀軸矢量變化了的刀位點(diǎn)，其走刀路線(xiàn)有時(shí)不是唯一的，需要另外一個(gè)開(kāi)關(guān)指令，指導(dǎo)它。這個(gè)問(wèn)題目前沈飛公司還沒(méi)有軟件來(lái)解決，只能靠人腦分析判斷，據(jù)說(shuō)其他兄弟廠也沒(méi)解決。2 .多坐標(biāo)數(shù)控銃床的一些概念A(yù)、B擺角的數(shù)控五坐標(biāo)銃床在沈飛集團(tuán)公司數(shù)控加工廠有十一臺(tái)，比A、C擺角和B、C擺角的數(shù)控五坐標(biāo)銃床略微多一點(diǎn)。它的機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用中要注意的一些事情，目前還沒(méi)有完整的文章來(lái)論述它。這種A、B擺角結(jié)構(gòu)的五坐標(biāo)銃床不適宜高速銃切削，隨著數(shù)

14、控高速五坐標(biāo)銃床的發(fā)展，可能會(huì)越來(lái)越少。但其它類(lèi)型的五坐標(biāo)數(shù)控銃床會(huì)越來(lái)越多。研究這種結(jié)構(gòu)的五坐標(biāo)銃床，為發(fā)展其它類(lèi)型的五坐標(biāo)數(shù)控銃床有著十分重要的意義，數(shù)控加工廠目前也十分需要這方面知識(shí)。為了后面論述方便先看看幾種多坐標(biāo)數(shù)控銃床的結(jié)構(gòu)示意圖。見(jiàn)圖三、圖四、圖五、圖六圖三和圖四，兩款數(shù)控銃床都是龍門(mén)式的，但是圖三中A角擺動(dòng)不受B角影響，是固定旋轉(zhuǎn)軸，B角的旋轉(zhuǎn)軸受A角影響。當(dāng)A角為。時(shí)，B角的旋轉(zhuǎn)軸平行Y軸。當(dāng)A角不為。時(shí)，B角的旋轉(zhuǎn)軸與Y軸就有夾角Ao若A角能夠達(dá)到90度時(shí)，則B角就繞Z軸旋轉(zhuǎn)了，就C角一樣了。圖四中的A、B擺角正好和圖三中的相反。它的B角是不受A角影響的。冬五圖五是A、B擺

15、角立式多坐標(biāo)數(shù)控銃床。它的B角也是不受A角影響的。圖六是叉式五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門(mén)銃，是A角還是B角，圖中是表示不出來(lái)的。這要看C角為。時(shí)主軸叉口方向，當(dāng)C角為。時(shí)叉口方向?yàn)閄向，主軸繞Y軸，此類(lèi)銃床定為B、C擺角的數(shù)控銃床，否則，當(dāng)C角為。時(shí)叉口方向?yàn)閅向，主軸繞X軸，此類(lèi)銃床定為A、C擺角的數(shù)控銃床。為了加強(qiáng)交流，必須統(tǒng)一一些基本概念。下面敘述這些概念。2.2. 導(dǎo)動(dòng)面、檢查面、零件面導(dǎo)動(dòng)面、檢查面和零件面，最早產(chǎn)生于自動(dòng)編程系統(tǒng)一一接近于日常英語(yǔ)的數(shù)控語(yǔ)言APT語(yǔ)言(AutomaticallyProgrammedTools)APTlanguage,國(guó)內(nèi)航空工藝研究所的用漢語(yǔ)拼音縮寫(xiě)作為詞匯的

16、“SKC-3”語(yǔ)言編程系統(tǒng)也用這個(gè)概念。2.1.1. 導(dǎo)動(dòng)面它是在進(jìn)行指定的切削運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，引導(dǎo)刀具保持在指定公差范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的面。這時(shí)還滿(mǎn)足刀具和零件面的關(guān)系。2.1.2. 廄件面在刀具沿著導(dǎo)動(dòng)面運(yùn)動(dòng)時(shí)控制刀具高度(Z)的面是零件面。在最初版本的APT還必須是平行XY平面的平面，現(xiàn)在，不一定是平行XY平面的平面，可以是任意傾斜的平面或曲面。2.1.3. 檢查面刀具是在保持導(dǎo)動(dòng)面和零件面的給定關(guān)系的情況下運(yùn)動(dòng)的，而檢查面則是指定這一運(yùn)動(dòng)的停止位置的面。三個(gè)控制面的概念見(jiàn)圖七。主軸的刀具矢量可以由零件面的法矢來(lái)定義，也可以由導(dǎo)動(dòng)面來(lái)定義。見(jiàn)圖八三個(gè)控制面的概念不但在編程語(yǔ)言系統(tǒng)中運(yùn)用，而且在圖形

17、編程系統(tǒng)中也運(yùn)用。不但是平面，而且可以是斜面和任意曲面。但是在五坐標(biāo)加工中，當(dāng)導(dǎo)動(dòng)面作為曲面而又要決定刀軸矢量時(shí)，導(dǎo)動(dòng)面一定得是直紋面。見(jiàn)圖八。早期的多坐標(biāo)加工，零件面也限制在平面上，并且一個(gè)零件程序往往僅一個(gè)零件面，所以當(dāng)時(shí)人們也稱(chēng)其為數(shù)據(jù)面。主軸的旋轉(zhuǎn)中心也設(shè)置在這個(gè)數(shù)據(jù)面上。當(dāng)零件加工部位低于數(shù)據(jù)面或高于數(shù)據(jù)面都靠伸縮主軸套筒來(lái)完成。刀具長(zhǎng)度也受到很大限制。由此可以理解NIV1800型銃床的主軸套筒為何可調(diào)100毫米。當(dāng)時(shí)程序說(shuō)明中的主軸旋轉(zhuǎn)中心是如圖九描述圖比九的，沒(méi)有轉(zhuǎn)心距的概念。工人圖用士對(duì)刀時(shí)的操作也很Y轉(zhuǎn)動(dòng)中心:距心轉(zhuǎn)如今運(yùn)用轉(zhuǎn)心距的概念基本如圖十所述麻煩，現(xiàn)在已經(jīng)不那樣操作了

18、就不必要敘述了詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)轉(zhuǎn)心距一節(jié)。2.2. 刀軸矢量刀軸矢量一般規(guī)定是從銃刀刀端中心沿銃刀軸指向銃刀錐柄方向。見(jiàn)圖十一，o點(diǎn)為銃2n端中心，M點(diǎn)為銃刀軸指向刀柄方向的某一點(diǎn)0m與坐標(biāo)軸Ox、Oy、Oz的正向間的夾角順次為a、B、丫，貝cosa、COS0、COSY叫做這矢量的方向余弦。解析幾何中已經(jīng)證明：任何矢量的方向余第7頁(yè)共17頁(yè)弦的平方和恒等于1,所以刀軸矢量的方向余弦也包等于1。2.3. 刀位點(diǎn)不管是APT系統(tǒng)還是其他圖形編程系統(tǒng)，刀位點(diǎn)輸出都是銃刀刀端中心在當(dāng)前坐標(biāo)系的X、Y、Z坐標(biāo)值加上COSa、COS0、COST三個(gè)方向數(shù)，圖一共六個(gè)數(shù)值。由于三坐標(biāo)的三個(gè)方向數(shù)全是0、0、1,所

19、以一般只輸出、X、Y、Z三個(gè)值就夠了。刀位點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值，不一定在被加工零件的表面上。見(jiàn)圖十二。2.4. 轉(zhuǎn)心距圖十二轉(zhuǎn)心距一般是指機(jī)械或控制機(jī)模擬的旋轉(zhuǎn)中心到旋轉(zhuǎn)平面上某點(diǎn)的距離。例如：旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上某點(diǎn)到工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的距離。翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)上某一點(diǎn)到翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)軸的距離。這里研究的轉(zhuǎn)心距是實(shí)際銃刀刀端或虛構(gòu)銃刀刀端到銃床主軸機(jī)械旋轉(zhuǎn)中心或模擬旋轉(zhuǎn)中心的距離。并且只研究A軸與B軸的旋轉(zhuǎn)中心是重合的，不研究分離的（或叫做“偏置”的）。見(jiàn)圖十三。因?yàn)閮蓚€(gè)偏置的擺角軸，如圖中A角+30度和-30度，銃刀刀端的Z向高度相差H,很大。并且當(dāng)A角+度時(shí)，如圖，工件不易放在A軸齒輪箱的一側(cè)，在齒輪箱下很不開(kāi)敞，在

20、非齒輪箱一側(cè)還開(kāi)敞一些。機(jī)床采購(gòu)時(shí)應(yīng)該注意。虛擬的主軸旋轉(zhuǎn)中心到主軸機(jī)械實(shí)際的旋轉(zhuǎn)中心也有轉(zhuǎn)心距。該數(shù)據(jù)是銃床設(shè)定虛擬主軸旋轉(zhuǎn)中心必要的參數(shù)。圖十三2.5. 非線(xiàn)性誤差除非現(xiàn)代先進(jìn)的控制機(jī)有非線(xiàn)性誤差的補(bǔ)償功能。以往的控制機(jī)兩個(gè)程序段之間的坐標(biāo)值差量，都是按比例分配脈沖當(dāng)量的。所以會(huì)形成，刀具端部偏差和刀軸偏差。也有稱(chēng)此現(xiàn)象為線(xiàn)性化誤差的，見(jiàn)圖十四。轉(zhuǎn)動(dòng)中心的移動(dòng)軌跡刀端軌跡將零件腹板銃傷圖十四為了使銃刀不銃傷腹板，編制程序就必須定義一個(gè)導(dǎo)動(dòng)面和零件面并且要具備足夠的插補(bǔ)精度，使銃刀從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置產(chǎn)生多個(gè)程序段，則銃刀刀端中心軌跡趨于平坦。見(jiàn)圖十五。非線(xiàn)性誤差造成的切傷零件的情況很多。一

21、般說(shuō)，銃刀徒然改變角度時(shí)，都要引起注意。例如，銃刀在加工完斜面時(shí)不能立即將銃刀擺直銃底平面。應(yīng)該先離開(kāi)。然后從另外一處下刀銃進(jìn)來(lái)。見(jiàn)圖十六。圖中“1”為開(kāi)始位置，“2”為結(jié)束位置，“3”為轉(zhuǎn)動(dòng)中心移動(dòng)到中點(diǎn)時(shí)，銃刀刀端扎入工件最深處。走多個(gè)程序段，轉(zhuǎn)動(dòng)中心軌跡成弧線(xiàn)，刀端軌跡趨于平坦。轉(zhuǎn)動(dòng)中心移動(dòng)軌跡圖十六上面討論的主要是刀具端部偏差，下面的例子是說(shuō)刀軸偏差。由于瑞士生產(chǎn)的NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃，要大修和技術(shù)改造。在這臺(tái)銃床上加工的所有工件都轉(zhuǎn)移到巴西引進(jìn)的FPF-D-N/C-5型五坐標(biāo)數(shù)控銃上加工。我們發(fā)現(xiàn)所有四坐標(biāo)轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的零件，加工帶變斜角的內(nèi)外形緣條都有很深的銃刀痕。而從法國(guó)的V1

22、-2000.2T型五坐標(biāo)數(shù)控銃上轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的零件，加工帶變斜角的內(nèi)外形緣條都很光潔。這就是刀軸偏差造成的。因?yàn)镹IV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃的這些零件的外形數(shù)據(jù)平面上的切矢與X軸夾角8不大于4度，曲率也不大，程序從APT或CATIA等編程系統(tǒng)刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)接后置程序時(shí)，簡(jiǎn)單地刪除了B擺角，（近似計(jì)算公式是：tg四坐標(biāo)擺角A=tg直紋面束線(xiàn)矢量和Z軸的夾角丫/cos數(shù)據(jù)平面上的切矢與X軸夾角9）。所以單一A角的刀軸矢量與理論的刀軸矢量是不一致的。四坐標(biāo)數(shù)控銃床的程序每段程序之間的距離也比較大。NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃的轉(zhuǎn)心距為零。轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離工件很近，或就在工件上。非線(xiàn)性誤差表現(xiàn)很微小。前面說(shuō)的種種因

23、素都可以忽略。而在五坐標(biāo)數(shù)控銃上加工轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離工件400多毫米，程序轉(zhuǎn)換時(shí)僅沿A擺角將轉(zhuǎn)動(dòng)中心計(jì)算到上面，未做插值。程序運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)中心移動(dòng)按線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，而銃刀刀端中心是非線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，所以有時(shí)會(huì)產(chǎn)生很深的銃刀痕。五坐標(biāo)V1-2000.2T型的程序轉(zhuǎn)為FPF-D-N/C-5型五坐標(biāo)程序時(shí)，機(jī)床結(jié)構(gòu)一樣，刀位點(diǎn)計(jì)算過(guò)程一樣。所以不會(huì)產(chǎn)生很深的銃刀痕。由此可見(jiàn)，多坐標(biāo)數(shù)控銃床的程序轉(zhuǎn)換，在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)不同時(shí)，是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程。2.6. RTCP和沿刀軸方向上的長(zhǎng)度補(bǔ)償RTCP功能是機(jī)床控制機(jī)根據(jù)輸入的參數(shù)經(jīng)過(guò)插值運(yùn)算模擬出虛擬的旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)軌跡。而刀軸方向上的長(zhǎng)度補(bǔ)償，是機(jī)床控制機(jī)根據(jù)輸入的長(zhǎng)度參

24、數(shù)僅經(jīng)過(guò)沿銃刀刀軸的計(jì)算，得出起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)位置，運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)插值運(yùn)算。見(jiàn)圖一七，是RTCP開(kāi)和圖十七圖十八，是程序：N1G01X0Y0Z0A+30.000N2X0Y0Z0A-30.000在沒(méi)有刀軸長(zhǎng)度補(bǔ)償和RTCP功能的銃刀運(yùn)動(dòng)軌跡圖十九，是這個(gè)程序，執(zhí)行時(shí)有RTCP功能，并把虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)在球頭銃刀的球心上。圖二十，是這個(gè)程序，執(zhí)行時(shí)把銃刀刀軸的長(zhǎng)度補(bǔ)償補(bǔ)到球頭銃刀的球心上。三個(gè)圖的連線(xiàn)是Z=。的平面。圖二十中可見(jiàn)，銃刀走到中間時(shí)，球頭銃刀的球心低于Z=。平面。圖十八2.7.小結(jié)以上這些概念僅為后面論述提供些方便，由于篇幅所限，不能講的很細(xì)致?？臻g角度的變化用草圖也不容易表達(dá)，如非線(xiàn)性誤差

25、，圖形要放大幾十倍，才能觀察到。所以筆者在這里放棄討論了。還有一些概念，如多坐標(biāo)數(shù)控銃的對(duì)刀，線(xiàn)速度，角速度等等，也都放棄討論了。讀者在實(shí)踐中體會(huì)吧。3.一些多坐標(biāo)計(jì)算公式這一節(jié)提供一些四、五坐標(biāo)的計(jì)算公式，不作證明和討論。以便讀者和筆者在使用中參考，不用再查其他資料或重新推算了。3.1.曲面變斜角加工，四坐標(biāo)角度的近似計(jì)算四坐標(biāo)數(shù)控銃的曲面變斜角零件的外形數(shù)據(jù)平面上的切矢與X軸夾角9不大于4度，曲率也不易過(guò)大，程序從APT或CATIA等編程系統(tǒng)刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)接后置程序時(shí)，不應(yīng)簡(jiǎn)單地刪除了B擺角，（近似計(jì)算公式是：tg四坐標(biāo)擺角A=tg原直紋面束線(xiàn)矢量和Z軸的夾角T/cos數(shù)據(jù)平面上的切矢與X軸夾

26、角8)。見(jiàn)圖二H一。1.2. 已知B角、轉(zhuǎn)心距L、數(shù)據(jù)面到零件面距離H、底r、銃刀半徑R求XY平面上的移動(dòng)值和Z方向的移動(dòng)值。斜角零件與一般平面零件不同，/y它有兩個(gè)或三個(gè)不同的平面，其中一、/個(gè)平面是零件圖紙上給出形狀和尺ci寸的平面，如圖二十二中的C面，這L個(gè)平面叫做數(shù)據(jù)給出面。由數(shù)據(jù)給出面和斜角值得到D一頂平面和B底平面。數(shù)據(jù)給出面可能與頂廠平面或底平面重合。.假定擺動(dòng)平面平行于YZ平面，V那么求出Y方向上的值就可以了。上擺動(dòng)中心在銃刀刀具中心，則有(公式：Yl=Ym=，.+.(區(qū))1tgH-rZl=Zm=Z-c6srMM1tg3|cos3擺動(dòng)中心在銃刀刀具軸心上某點(diǎn)，則有公式:,RrH

27、-r.一Y=Y±(W歷+r-(R-r)1tg3I-Ls'n3_.rH-r刁=Z11cos+r-(R-r)|tg3|-Llcosp1.3. 已知矢量方向數(shù)求AB角從刀位點(diǎn)上的三個(gè)方向數(shù)可求五坐標(biāo)數(shù)控銃床的A、B鰥膠擺角。當(dāng)A角擺動(dòng)不受B角影響，是固定旋轉(zhuǎn)軸，B角的旋轉(zhuǎn)軸受A角影響時(shí)的計(jì)算公式是：A=-arctg(cosj3/cosj3)B=arcsin(cos。)1.4. 已知A、B角求丫角y=arccos(cosA*cosB)1.5. 已知A、B角求方向數(shù)cosa=sinBcos3="sinA*cosBcosy=cosA*cosB4. A擺角四坐標(biāo)數(shù)控銃床和A、B擺

28、角五坐標(biāo)數(shù)控銃床對(duì)轉(zhuǎn)心距的方法4.1. NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃對(duì)轉(zhuǎn)心距的方法圖二十三是NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃的主軸部分示意圖。機(jī)床主軸立托板下有一個(gè)基準(zhǔn)塊，它到扇形導(dǎo)軌的中心即旋轉(zhuǎn)中心165毫米。當(dāng)主軸套筒縮至最長(zhǎng)時(shí)，L=80,銃刀前端的中心在旋轉(zhuǎn)中心上，理論上銃刀不能長(zhǎng)于80毫米。當(dāng)主軸套筒縮至最短時(shí)，理論上銃刀不能長(zhǎng)于180毫米。實(shí)際使用刀具可以短于80毫米或長(zhǎng)于180毫米。只不過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)中心不在銃刀端上，而是在銃刀外或銃刀內(nèi)。圖二十三指導(dǎo)他們?nèi)绾螌?duì)刀的過(guò)程圖在主軸及主軸套筒均為最低極限時(shí)，且轉(zhuǎn)動(dòng)中心在工作臺(tái)上時(shí)刀具不能短于46.7毫米。NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃的對(duì)刀方法有三種

29、，這是當(dāng)年操作工人對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)中心的概念不十分靠解?，F(xiàn)在寫(xiě)出來(lái)，也可以給新同志講解用。如今采購(gòu)的多坐標(biāo)數(shù)控銃床，對(duì)刀越來(lái)越簡(jiǎn)單了。圖二十四和圖二十五是對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的兩種方法。A將高度尺對(duì)到距轉(zhuǎn)動(dòng)中心面165毫米處（注：當(dāng)年程序編制時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心大部分設(shè)計(jì)在零件的數(shù)據(jù)面上。在寫(xiě)程序說(shuō)明等文件時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)中心描述都以銃切夾具或工件為參照。筆者認(rèn)為現(xiàn)在還是說(shuō)明轉(zhuǎn)動(dòng)中心在銃刀的什么位置比較好。最好有一個(gè)統(tǒng)一的敘述方法。B將機(jī)床開(kāi)到某局度，使主軸立托板上的標(biāo)準(zhǔn)塊的底面與圖度尺的尺苗平齊C搖動(dòng)套筒，使銃刀刀端中心對(duì)到轉(zhuǎn)動(dòng)中心面上。將控制機(jī)顯示的機(jī)床Z值數(shù)據(jù),設(shè)為Z原點(diǎn)。還有一種方法：A將高度尺的尺苗平齊對(duì)到主軸立托板上

30、的標(biāo)準(zhǔn)塊的底面。B將高度尺的尺苗降下165毫米。并搖動(dòng)主軸套筒使銃刀刀端對(duì)準(zhǔn)165毫米處。C開(kāi)動(dòng)機(jī)床，使銃刀刀端對(duì)到轉(zhuǎn)動(dòng)中心面上。將控制機(jī)顯示的機(jī)床Z值數(shù)據(jù)，設(shè)為Z原點(diǎn)。另外還有一種計(jì)算法：有的操作工人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)床在Z方向上行至機(jī)床坐標(biāo)-400時(shí)，主軸立托板上的標(biāo)準(zhǔn)塊距離工作臺(tái)148毫米。如果轉(zhuǎn)動(dòng)中心落在工作臺(tái)面時(shí)，機(jī)床坐標(biāo)Z原點(diǎn)為-383。這樣只要測(cè)量出銃切夾具工作面到工作臺(tái)面的距離就可以算出Z原點(diǎn)。4.2. V1-2000.2T型五坐標(biāo)數(shù)控龍門(mén)銃對(duì)轉(zhuǎn)心距的方法V1-2000.2T型五坐標(biāo)數(shù)控龍門(mén)銃的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)中心是在主軸端面的上方，用NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃的對(duì)刀方法來(lái)對(duì)刀顯然是不行了。

31、雖然齊齊哈爾產(chǎn)Q2SK243型四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)龍門(mén)數(shù)控銃床的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)中心也在主軸端面的上方，但沒(méi)有實(shí)踐、沒(méi)有相應(yīng)的多坐標(biāo)編程軟件，所以沒(méi)有真正建立轉(zhuǎn)心距的概念。沈飛公司轉(zhuǎn)心距的概念是從這臺(tái)五坐標(biāo)數(shù)控銃才逐漸清晰起來(lái)的。用NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃編制的數(shù)控程序，使用銃刀刀具長(zhǎng)短不同，程序都是一樣的。而用V1-2000.2T型五坐標(biāo)數(shù)控龍門(mén)銃編制的程序，使用銃刀刀具長(zhǎng)短不同，程序也都不同。刀具不同要使用同樣的程序，得調(diào)整主軸套筒，調(diào)整量只有四十毫米范圍。和NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃一樣它的主軸立托板下有一個(gè)基準(zhǔn)塊，基準(zhǔn)塊底面距離轉(zhuǎn)動(dòng)中心H2+014c操作工人按照程編員給定的用這個(gè)基準(zhǔn)塊對(duì)轉(zhuǎn)心距，方

32、法和NIV1800型四坐標(biāo)數(shù)控銃差不多。見(jiàn)圖二十六。工人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)床A=0、B=0時(shí)，Z方向運(yùn)行到某一位置，機(jī)床Z坐標(biāo)的Z值數(shù)據(jù)正好與轉(zhuǎn)心距的數(shù)據(jù)一致。這時(shí)如果Z的數(shù)值是。，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)中心正好在這里（實(shí)際不允許的，否則銃刀就切入工作臺(tái)了）。所以從這里升高的Z值數(shù)據(jù)正好是轉(zhuǎn)心距的數(shù)據(jù)。工人自己車(chē)一個(gè)兩端磨光的對(duì)刀塊，用以對(duì)刀，長(zhǎng)度就是從這里到工作臺(tái)的距離。但是當(dāng)機(jī)床大修后，或其他原因需要重新測(cè)量轉(zhuǎn)心距時(shí)，可用圖二十七中的方法，測(cè)量出H值后，可用公式算出轉(zhuǎn)心距L。L=H/（1-cosA）。A最好選用25.842度（25°50'31）因?yàn)閏os25.842=0.9這時(shí)L=10H。口算

33、者B可以了。如果要將轉(zhuǎn)心距算到銃刀端，L可再加上球頭刀半徑。圖二十六中其他一些尺寸是為程編員編程時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)心距的。公式：轉(zhuǎn)心距=175+a+b+20175是主軸端面到轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離b是各種7:24刀套的外伸量。2#莫氏錐的刀套一一45毫米3#莫氏錐的刀套一一60毫米4#莫氏錐的刀套一一75毫米5#莫氏錐的刀套一一90毫米a是莫氏錐柄銃刀的刃長(zhǎng)部分20是主軸套筒伸縮量的一半程編員編程時(shí)按刀具圖紙可查到a數(shù)值和幾號(hào)莫氏錐，求得b然后就可算出合適的轉(zhuǎn)心距了。圖一十七4.3. FPF-D-N/C-5型巴西FPF-五坐標(biāo)數(shù)控銃床對(duì)轉(zhuǎn)心距的方法FPF-D-N/C-5型五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門(mén)銃。它的主軸套筒也可伸縮40毫米，但是轉(zhuǎn)心距是由傳感器自動(dòng)對(duì)出的，因?yàn)樗粋€(gè)橫梁上有三個(gè)主軸，轉(zhuǎn)心距必