淺談海德漢數控系統(tǒng)空間角傾斜加工在任意斜面體中的應用

黃 勇 蔣友強

（中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，常州 213011）

1 斜面體零件基本概況及難點

中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司設計了一種斜面體零件，如圖1、圖2所示。零件兩側斜面為配合面，配合面對稱度要求高，角度設計公差較小，加工難度大。

圖1 斜面體零件正面圖

圖2 斜面體零件平面圖

該零件加工難度主要有兩點：

零件兩側斜面的平行度和對稱度很難保證。早期工藝是通過一個專用的工裝，將工裝傾斜一個角度，然后通過臥式加工中心來進行加工，這樣至少要裝夾兩次才能將四個斜面加工完，工裝的加工誤差較大，容易導致零件超差報廢。

（2）是在斜面體零件D面，如圖2所示，還有兩個垂直于它的兩個φ20.5mm的圓孔和兩條寬度為20.5mm的鍵槽，這兩鍵槽必須平行于傾斜邊，精度要求很高。

近年來，中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司公司引進了一臺德國德瑪吉DMU125P五軸聯動加工中心，可以高效率、高精度地加工該零件。在程序編制時如果采用軟件編程，斜面上不易使用刀具半徑補償，否則刀具消耗過大。因此可以采用手工編程，對刀具半徑補償尺寸進行修正，減少刀具消耗。

2 海德漢數控系統(tǒng)編程方法與原理

對于上述斜面零件，可采用海德漢PLANE傾斜加工中的空間角功能來進行加工。對于垂直于斜面且平行于斜面傾斜邊的φ20.5mm孔和寬度20.5mm寬鍵槽加工，除了需用海德漢PLANE傾斜加工中的空間角功能外，還需要再加用坐標旋轉功能，才能使加工的孔和鍵槽平行于斜面中間傾斜邊。PLANE功能中一共有七種不同的使用方法，即SPATIAL（空間角）、PROJECTED（投影）、EULER（歐拉角）、VECTOR（矢量）、POINTS（三點）、RELATIVE（相對角）、AXIAL（軸角）以及RESET（復位）。

日常編程中，人們主要使用海德漢PLANE中的空間角功能?？臻g角功能，主要是通過最多3個圍繞機床固定的坐標系旋轉系統(tǒng)，定義一個加工面。內部計算順序固定不變，首先傾斜C軸，然后是B軸，最后是A軸，用空間角傾斜加工面的表達方式為：PLANE SPATIAL SPA+0 SPB+0 SPC+0 TURN FMAX SEQ+ TABLE ROT。

在上述表達式中，SPATIAL表示三維空間。SPA表示在空間A中，圍繞X軸旋轉；SPB表示在空間B中圍繞Y軸旋轉。SPC表示在空間C中，圍繞Z軸旋。TURN FMAX表示PLANE功能自動將旋轉軸定位到所計算的位置值處，但只定位旋轉軸，TNC將不對直線軸執(zhí)行補償運動。SEQ+表示如果加工面可用多種角度組合進行傾斜，可用SEQ選擇解。TABLE ROT是指利用PLANE功能將回轉工作臺定位到已定義的傾斜角。

在利用空間角功能時，SPA、SPB角度旋轉方向可用右手規(guī)則判定，SPC角度旋轉方向用左手規(guī)則判定，即將左手拇指指向圍繞直線軸旋轉的方向，掌心略微彎曲，手指方向為工作臺旋轉軸正旋轉方向。

總之，選用空間角功能進行加工具有許多優(yōu)點，如編程角度為空間角，而且基礎坐標系相對不變。因此，不需要計算旋轉軸的擺動角度，而是TNC根據所定義的空間角自動計算旋轉軸的擺動角度。

3 空間角功能主要編程參數的確定

在利用海德漢數控系統(tǒng)時，參數SPA、SPB以及SPC確定主要有兩種方法：第一，是繪制零件的三維圖形，然后在立體圖上標注計算；第二是通過數學方法計算求得。本文主要介紹第二種參數確定方法。

3.1 空間角參數確定

通過數學計算求空間角A，由圖1所示，A是頂點，A′是頂點A在下平面BDE上的垂直投影。過A′作AC⊥BD，垂足為C，則∠ACA′即是平面AFG與ABD的夾角，現在問題轉變?yōu)榍蟆螦CA′的角度。在△A′BC中，已知A′B=51.3m?！?A′BC=60.396°，可計算出∠ A′BC=120.792/2=60.396°，由此可知 A′C=A′B×sin ∠ A′BC=51.3×sin60.396=44.6mm。

在 △ ACA′中， 已 知 AA′=264mm， 由 此 可 得，∠ ACA′=arctan（AA′/A′C）=arctan（264/44.6）=80.411 °，即SPA=-80.411°。

根據圖1、圖2求空間角B，因為選用的是CBA計算原則，所以SPB=0。

根據圖2求空間角C，可從圖紙直接看出SPC=60.3959°。

最后得出：PLANE SPATIAL SPA-80.407 SPB+0 SPC-60.3959 TURN FMAX SEQ+ TABLE ROT。

3.2 坐標旋轉角參數確定

加工垂直于斜面且平行于斜邊的φ20.5mm孔和寬度為20.5mm的鍵槽，由于斜面用空間角翻轉后只垂直于翻轉邊，由此還需求出∠ABD，如圖2所示。因為∠BAH與∠ABD互為補角，可先求∠ABD。

在△ ABC中，AB=A′A/cos11=264/cos11=268.94mm，AC求解如式（1）所示。

根據式（1），可求∠ABD=arcos（AC/AB）=5.409°。即加工φ20.5mm孔與寬度為20.5mm鍵槽的旋轉角為5.409°，由于坐標旋轉規(guī)定逆時針為正，故此處必須順時針旋轉才能使孔和鍵槽平行于斜面，故角度為負。

最后得出：

CYCL DEF 10.0 ROTATION

CYCL DEF 10.1 ROT-5.409

4 程序編制

N1 TOOL CALL 55 Z S240 F240;

? 160 面銑刀（銑斜面加工）

N2 L X+200 FMAX M91

N3 CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT（坐標平移）

N4 CYCL DEF 7.1 X+173.8

N5 CYCL DEF 7.2 Y-88

N6 CYCL DEF 7.3 Z+102

N7 PLANE SPATIAL SPA-80.407 SPB+0 SPC-60.3959 TURN FMAX SEQ+ TABLE ROT（傾斜加工面）

N8 CYCL DEF 10.0 ROTATION（坐標旋轉）

N9 CYCL DEF 10.1 ROT-5.409

N10 L X-40 Y-100 FMAX

加工程序略。

5 結語

通過上述分析與計算，可知加工帶傾斜面的工件，特別是當斜面上有鉆孔、鏜孔、銑面等時，不需要用復雜的軟件編程，也不需要用專用的工裝，用海德漢系統(tǒng)五軸的PLANE功能，求出兩個空間角即可完成定位工作。也可以通過畫圖標注得出這兩個角度，相關編程只要用簡單的二維編程，就能很好的加工出斜面上要求的內容，而且對于零件尺寸精度的控制更為簡單。