【关键词】 直角头 数控加工 仿真
1 引言
在现代飞机设计中，机加件的应用十分广泛，是飞机的主要承力结构[1]，该类零件具有节约材料、结构紧凑等优势，是航空产品中较常见的一类零件，它既可以提高飞机的有效载重，也可以减少联接件数量，提高飞机的疲劳寿命[2]，极大的满足现代飞机设计的要求[3]。
零件的结构形状是决定其加工方案的主要因素。数控机加主要以三坐标和五坐标为主，三坐标加工适合于结构简单、直棱直角的零件，其优点是程编简单，加工成本低，能极大的满足生产进度的要求；五坐标加工适合于结构较复杂的零件，在机床合适的角度内加工任意摆角结构，但是缺点是程编复杂，加工成本高。为此，本文采用了直角头加工工艺方法，对五坐标零件法向结构的加工方式进行了有效的简化，实现了五坐标加工转化为三坐标加工，合理地简化了加工工艺方法，有效的提高了加工效率，大大地降低了加工成本。
2 直角头原理
2.1 直角头结构介绍
90º直角头适合槽孔内部立筋上法向结构的加工，目前最常用的就是加工立筋上的法向孔。
本文使用的直角头规格为：BBT50-AG90/NBS6-215，结构简易示图如图1所示。
图1 直角头简易示图
2.2 直角头加工原理
直角头加工时是以转动中心驱动，底面对刀，直角头的具体尺寸如图2所示，其中直角头的固定结构（夹持刀具部位33mm）和转动中心距对刀面的距离（17mm），该尺寸对后续程序转化很重要。
图2 直角头尺寸示图
3 直角头应用实例
3.1直角头加工孔零件结构特点
某型机上的零件为结构件，在零件的立筋上不同部位均布有孔18-Φ34个法向孔，如图3所示，通过对零件结构尺寸分析，法向孔如何加工是该零件的最大难点，首先考虑机床摆五坐标加工，通过分析孔边距和机床主轴头的尺寸可知，机床受主轴头结构的限制，无法摆角加工；其次考虑钳工手动钻孔，钳工钻孔工作量特别大，而且有可能不能保证设计要求；根据法向孔的特点，孔距侧边立筋距离分别为50mm、70mm、80mm，孔距底面的距离为80mm，均大于直角头侧边距离17mm，结合直角头的特点，该零件适合使用90º直角头来加工，法向孔最为合适。
图3 使用直角头加工孔典型零件结构示意图
3.2 直角头加工孔程序轨迹的编制
由于程序轨迹和直角头使用时的驱动点不一样，使用直角头时，程序需要转化，将两者的驱动点转为一致。
刀尖转换：刀具长度+直角头伸出部分=35mm（刀具长度）+33mm（夹持刀具部位）=68mm；
对刀面转换：刀具中心到直角头对刀面的距离为17mm；
因此，以图4为例，现场实际加工时，程序轨迹需要向X+偏移68mm，向Z-偏移17mm。
图4 某型机立筋上的孔
本文加工孔程序如下：
第一步：编制加工孔的原程序，轨迹见图5（a）；
第二步：转化对刀面后的程序，对刀面转换：刀具中心到直角头对刀面的距离为17mm，即程序需要向Z-偏移17mm； 轨迹见图5（b）；
第三步: 转化刀尖后的程序，由于立筋厚度为35mm，所以刀具悬伸需要40mm，以防止撞刀。因此刀尖转换距离为刀具长度和直角头伸出部分之和（73mm），即程序需要向X-偏移73mm， 轨迹见图5（c）。
图5 刀尖指向为X+向直角头程序编制轨迹示意图
3.3 直角头专用后置转化
直角头后置转化是把原五坐标钻孔程序，出成APT，然后用直角头后置转换，如图6所示。
图6 直角头后置软件转化示意图
3.4 程序中转化轨迹注意事项
以五坐标编制完钻孔程序后，将五坐标程序转换为三坐标程序时，在工艺指令中应注意以下事项：
（1）注意删除G代码中的摆角；
（2）要在工艺指令（FO）中注明程序已经偏置，无需工人手动偏置；
（3）工艺指令（FO）中注明，加工时刀尖的指向，事例刀尖指向为X-；
（4）工艺指令（FO）中注明刀具长度，刀具长度不同，偏移量不同。
4 直角头仿真
本文使用的直角头规格为： BBT50-AG90/NBS6-215 ，根据直角头的特点，将直角头的结构尺寸设置仿真的刀具中，四个刀尖指向(X+,X-,Y+,Y-)均可仿真,仿真中刀具的结构示意图和驱动点坐标如7所示。
图7 直角头仿真刀具示意图
直角头仿真时，注意事项：
（1）机床要与系统匹配；
（2）该仿真包含了四个方向的直角头加工:X+,X-,Y+,Y-，这四个方向的仿真关键在于刀具的选择，各个方向的参数已经设置在刀具中；
（3）程序必须是经过转化后的正确的加工轨迹，才可以仿真。
5 结论
本文根据90º直角头的特点，结合零件特征，详细阐述了直角头结构和加工原理，对加工立筋法向钻孔、铣孔、端面修整、斜面倒角等一类零件时，实现了五坐标程序向三坐标程序转换，并给出了编程过程中的注意事项，有效提高了加工效率，大大地降低了加工成本。
参考文献
[1]陈光明.基于数控加工的工艺设计原则及方法研究. 制造业自动化，2005，27(9)：69-72.
[2]武凯，何宁 薄壁结构件铣削加工动态特性研究，机械设计与制造，2010.7
[3]王焕庭，李茅华，徐善国 机械工程材料，2000.5
论文作者:佘敏娟
论文发表刊物:《科技新时代》2018年4期
论文发表时间:2018/7/2
标签：直角论文; 加工论文; 零件论文; 刀具论文; 结构论文; 程序论文; 坐标论文; 《科技新时代》2018年4期论文;