DIXI数控精密镗床坐标变换在座体加工中的应用.docx

1DIXI数控精密镗床坐标变换在座体加工中的应用杨波中国电子科技集团公司第二十研究所陕西西安710068摘要为了精密加工座体保证左右两侧孔系的同轴度通过坐标变换在DIXI数控精密镗床上实现了一次装夹对座体两侧孔系的精确定位和加工关键词数控镗床坐标变换精确定位作者简介杨波1976男陕西西安人硕士主要从事机械加工工艺研究0序言座体是我所某型设备上的重要零件其结构复杂加工周期长加工难度大其中左右侧孔系的同轴度要求002mm难以保证为了实现座体的精密加工保证左右两侧孔系的同轴度我们使用DIXI数控精密镗床定位精度能到1m对其进行精加工但要发挥机床的高精度制造出高精度级的零件必须有工艺措施的支撑1影响座体加工精度的因素11加工前影响座体加工精度的四个要素加工前基准定位装夹找正四个要素是影响零件加工精度的主要因素所以控制定位和加工基准的形位误差控制由装夹力引起零件的应力和变形减少零件找正时的测量误差是座体精密加工的前提2零件在数控机床上加工第一个要解决的问题是基准和定位问题定位和加工基准是定位和加工尺寸的起始要素要求高的平面度直线度和垂直度以减少形位误差为定位找正提供条件为精密加工提供保证以定位基准将零件在工作台上放置好后进行装夹时要考虑装夹应力和变形并予以进行控制否则加工完松开装夹后应力会重新分布引起零件的变形从而导致同轴度超差工件坐标系的设定也就是要让机床的刀轴垂直于零件的被加工表面并设定加工零点即工作坐标系的原点一般通过碰刀试切打表或者测头等测量方式对加工基准的机床坐标进行测量然后对测量数值处理后进行工件坐标系的设定所以测量误差会被带入到加工误差中控制好基准定位装夹找正的误差是保证座体加工精度的前提条件如果这四个要素都能尽量做好避免误差则座体的同轴度就好保证如果这四个要素没有控制好则它们的误差会带入座体的加工误差中座体的同轴度就难以保证12数控镗床优点在于一次装夹找正后通过工作台回转精确定位座体的两侧孔系避免了基准误差和找正误差为保证同轴度作出了贡献用一般的镗床加工座体的两侧孔系要先找正一个端面在确定这个端面的圆心位置后完成孔系镗削然后将工作台回转180再找正另外一个端面确定另一个端面的圆心位置后完成另一侧的孔系镗削3由于这中加工方法需要两次找正所以一般都需要公共基准分别找正时需要先找正公共基础再利用公共基准推算确定两端端面的中心两次找正会带来基准误差和找正误差首先基准不可能是绝对的平面和直线会有形状误差从两边分别对刀找正时也不可能刚好碰在同一个点上所以基准误差会带入定位误差中同时对刀时的系统误差和测量误差也会带入定位误差中这种方法的定位精度相对较低从两侧分别镗孔时端面中心的同轴不是很好所以位置精度要求高时应尽可能减少装夹找正的次数尽可能避免基准误差和找正误差DIXI数控卧式镗床的工作台回转精度很高达到1秒并且可以通过程序控制将座体一次装夹找正后再通过坐标变化可以算出工作台回转后座体两端的中心位置实现了座体两侧孔系的精确定位从而避免了基准误差和找正误差为保证同轴度作出了贡献13坐标变换可解决零件旋转中心和工作台回转中心不是同一个点时一次装夹工作台回转后多个面的定位问题DIXI数控卧式镗床理论上能加工多个面实际还要结合零件在其工作台的位置及其尺寸如果零件的尺寸过小将其定位装夹在工作台前端可以先加工一个面但工作台回转后刀具的有效长度不能伸到被加工面这时要么使用加长刀具要么需要重新装夹找正零件所以合适的零件尺寸和零件在工作台的合适定位才能保证一次装夹找正通过工作台的回转加工零件的多个面座体在DIXI数控镗床工作台面上放置时是满足上述条件条件的但实际放置时应尽量使座体的底面中心靠近工作台的中心以保证工作4台的平衡从而提高加工精度当零件的旋转中心和工作台的回转中心重合时零件的旋转角度与工作台相同零件的旋转角度可以用工作台回转角度控制但当零件的旋转中心和工作台回转中心不是同一个点时零件的旋转与工作台回转完全不同这样工作台回转后如何找到其他被加工面的位置是一个要解决的问题这里我们应用坐标变换来解决这个问题2DIXI数控镗床的坐标变换在数控机床中定位和坐标是密切相连的对零件加工来说通过坐标变换确定旋转后的被加工位置是致关重要的DIXI数控镗床是以工作台的中心为基准规划XYZ三个坐标轴的其方向符合右手笛卡尔坐标其中XY轴相对运动是以工作台不动主轴相对于工作台运动Z轴相对运动是主轴不动工作台相对运动其单点的坐标变换如图1所示P0是机床零点P1点的坐标是X1Z1P1绕P0点旋转90后变成P2这时P2点的坐标为X2Z2P1点和P2点的坐标关系如表1所示P1点的X坐标变成了旋转90后P2点的Z坐标P1点的Z坐标变成了旋转90后P2点的X坐标这就是DIXI数控镗床点坐标变换的原理通过点坐标变换才能完成零件的坐标变换3坐标变换在座体加工中的应用5从图2中可看出O1是底面的圆心B是底面中心轴线与左右侧公共轴线的交点O2是右侧端面的中心O3是左侧端面的中心O1BO2O3这四个点的空间位置是相互关联的底面圆的圆心O1点向上抬高300就是B点B点向右水平偏移274就是O2点B点向左水平偏移228就是O3点我们在工作台上放置座体时尽量使座体的底面圆心接近工作台的回转中心但座体底面的圆心和工作台的回转中心不可能完全重合所以我们需要通过测量知道座体底面的中心O1相对工作台回转中心O的初始矢量值只要知道了这个矢量值那么无论工作台回转多少角度我们都可以算出回转后座体底面圆的中心O1在工作台上的位置从而根据图纸尺寸确定座体两侧端面的位置进而可以把工件坐标系设置在端面中心为加工做好准备首先依靠座体上的工艺凸台通过测量探头或者打表的方式测量凸台平面与X轴的夹角然后通过工作台的回转将座体找平这时将工作台的相对角度设为0用探头通过碰三点的命令测量壳体前面定位销的位置然后计算出销钉中心的坐标进而推算出底盘中心的坐标图3这时定位销的中心的坐标X2411Z32271那么底面圆心O1的坐标为X1X2411Z1Z1503227115017271回转90后通过坐标变换可以算出底盘中心坐标然后再根据图纸6尺寸可以由底盘中心坐标推算出右侧端面中心的坐标进而将工件坐标系设在右侧端面的中心O2然后根据图纸要求对右侧端面和孔系进行加工图4工作台旋转90后底面圆心的坐标通过坐标变换后变为X117271Z12411这时右侧端面的圆心O2坐标为X2X112712Z224112745151同理回转180后通过坐标变换可以算出底盘中心坐标然后再根据图纸尺寸可以由底盘中心坐标推算出左侧端面中心的坐标进而将工件坐标系设在另一侧端面的中心O3然后根据图纸要求对左侧端面和孔系进行加工图5工作台旋转180后底面圆心的坐标通过坐标变换后变为X117271Z12411这时左侧端面圆心O3的坐标为X3X117271Z324112281314结论在理论上通过坐标变换在仿真软件上实现了座体各加工部分的精确定位在实践中通过一次装夹及工作台的回转实现了座体两侧孔系的精确定位和加工保证了孔系间的同轴度参考文献刘袷先刘北英调头镗孔理论及应用M北京机械工业出版社20007董献坤数控机床结构与编程M北京机械工业出版社1997戴曙金属切削机床M北京机械工业出版社1996责任编辑汤静