【摘要】為了精密加工座體，保證左右兩側孔（kǒng）係的同軸度，通過坐標變換，在DIXI 數控精密鏜床上實現了一次裝夾對座體兩側孔係的精確定位和加工。
 
        【關鍵詞】數控鏜床（chuáng）；坐標變（biàn）換；精確定位
 
        0 序言
 
        座體是我所某型設備上的重要零件，其結構複雜、加工周期長、加工（gōng）難度大，其中（zhōng）左右側孔係的（de）同軸度（dù）要求0.02mm,難以保證。為了實現座體（tǐ）的精密加工，保證左右兩側孔係的同軸度，我（wǒ）們使用（yòng）DIXI 數控精密鏜（táng）床（定位精度能（néng）到1μm），對其進行精加工，但要發揮機床的（de）高精度，製造出高（gāo）精度（μ 級）的零件，必須（xū）有工藝措施的（de）支（zhī）撐。
 
        1、 影響座體加工（gōng）精（jīng）度（dù）的（de）因素
 
        1.1 加工前影響座體加工精度的四個要素
 
        加工前基準、定位、裝夾、找正四個要素是影響零件加工精度（dù）的主要因素。所以控製定位和加工基準的形位誤差，控製由裝夾力引起零件的應力和變形，減（jiǎn）少零件找正時（shí）的測量（liàng）誤差，是座（zuò）體精（jīng）密加（jiā）工的前提。
 
        零件在數控機床上加工第一個要解決的問題是基準（zhǔn）和定位問題。定位（wèi）和加工基（jī）準是定位和加工尺寸的起始要素， 要求高的平麵度、直線度和垂（chuí）直度，以減少形位誤差，為定位、找正（zhèng）提供條件，為精密加工提供保證。
 
        以定位基準將零件在工作台上（shàng）放置好後，進行裝夾時要考慮裝夾應力和變形並予以進行控製， 否則加工完鬆開裝夾後應力會重（chóng）新分布，引起零件的變形，從而導致同（tóng）軸度超差。
 
        工件（jiàn）坐（zuò）標係的設定，也就是要讓（ràng）機床的刀軸垂（chuí）直於零件的被加工表麵，並設定加工零點（即工作坐標係的原點）。一般通過碰刀、試切，打表或者測頭等測量方式對加工基準的機床坐標進行（háng）測量，然後（hòu）對測量數值處（chù）理後進行工（gōng）件（jiàn）坐（zuò）標（biāo）係的設定，所以測量誤差會被帶（dài）入到加工誤差中。
 
        控製好基準、定位、裝夾、找正的誤差，是保證座體加工精度的前提條件。如（rú）果這四個要素都能（néng）盡量做好，避免誤（wù）差（chà），則座體（tǐ）的同軸度就好保證；如果這四個要素沒有控製好，則它們的誤差會帶入座體的加工誤差中，座體的同軸（zhóu）度就難以保證（zhèng）。
 
        1.2 數控鏜床（chuáng）優點在於一次（cì）裝夾找正後通過工作台回轉精確定位座體的兩側孔係（xì），避免了（le）基準誤差和找正誤差，為保證同（tóng）軸度作出了貢獻用一般的鏜床加工座體（tǐ）的兩側孔（kǒng）係（xì），要先找正一個端麵，在確定這個端（duān）麵的圓心位置後完成孔係鏜削，然（rán）後將工（gōng）作台回轉180°，再找（zhǎo）正另外一個端麵，確定另一個端麵的圓心位置後完成另一側的孔係鏜削。由於這中加工方法需要（yào）兩次找正，所以一（yī）般都需（xū）要公共基（jī）準（zhǔn），分別找正時需要（yào）先找正公共基礎，再利用公共基準推算確定兩端（duān）端（duān）麵的中（zhōng）心。
 
        兩（liǎng）次找正會帶來基準誤差和找正誤差（chà）。首先基準不可能是（shì）絕對的（de）平麵和直線，會有形狀誤差，從兩邊分別對刀（dāo）找正時也（yě）不可能剛好碰在同一個點上，所以（yǐ）基準誤差會帶入定位誤差中，同時對刀時的係統誤差和測量誤差也會帶入定位（wèi）誤差中。這種方法的定位精度相對較低，從兩側分別鏜孔時端麵中心的同軸不是很好。所以位（wèi）置精度要求高時應盡可能減少裝夾找正的次數， 盡可能避免基準誤差和找正誤差。
  
        DIXI 數控臥式鏜床的工作台回轉精度很高（達到（dào）1 秒），並且可（kě）以通過程（chéng）序（xù）控製，將座體一（yī）次裝夾找正後，再通過坐標變化，可以（yǐ）算出工作台回轉後座體兩端的中心位置， 實現了座體兩側孔係的精確定位，從而避免了基準誤差（chà）和找正（zhèng）誤差，為保（bǎo）證同（tóng）軸度作出了貢獻。
 
       1.3 坐標變換可（kě）解決零件旋轉中心和工作台回轉中心不是同一個點時一次裝夾工作台回轉後多個麵的定位問題DIXI 數控臥式鏜床理論上能加工多個麵， 實際還要結合零件在其工（gōng）作台的位置及（jí）其（qí）尺寸，如果零件的尺寸過小，將其定（dìng）位裝夾在工作台（tái）前端，可以先加（jiā）工一個（gè）麵（miàn），但工作台回轉後，刀（dāo）具的有效長度不能伸到被加工麵（miàn），這時要麽使用（yòng）加長刀具，要麽需要重新裝夾找正零（líng）件。所以合適的零件尺寸和零件在（zài）工作台的合適定位，才能保證一次裝夾找正，通過工作台（tái）的回轉（zhuǎn）加工零件的多個麵。
 
      座體在DIXI 數控鏜床工作（zuò）台麵上放置時（shí）是滿足上述條件條件的，但實際放置時應盡（jìn）量使座體（tǐ）的底麵中心靠近（jìn）工作（zuò）台的中心,以保證（zhèng）工作台的平衡，從而提高加工精度（dù）。
 
     當零件的旋轉中心和工作台的回轉中（zhōng）心重合時，零件的旋轉角度與工作（zuò）台相同，零件的旋轉角度可以用工作台（tái）回轉角度控（kòng）製。但當零件的旋轉中心和工作台回轉中心不是同一個點時，零件的旋轉與工作台回轉完全不同，這（zhè）樣工作台回（huí）轉後如何找到其他被加工麵的位置是一個要解決的問題，這裏我們應用坐（zuò）標變換來（lái）解（jiě）決這個問題。
 
     2 、DIXI 數（shù）控鏜床（chuáng）的（de）坐標變換（huàn）
 
     在數控機床中定（dìng）位和（hé）坐（zuò）標是（shì）密切相連的，對零件加工來說通（tōng）過坐標變換確定（dìng）旋轉後的被（bèi）加工位置（zhì）是致關重（chóng）要的。
 
     DIXI 數控鏜（táng）床是以工作（zuò）台的中心為基準規劃X，Y，Z 三個坐標軸的，其方向符合右手笛（dí）卡爾坐（zuò）標，其中X，Y 軸相對運動是以工作台不動，主軸相對於工（gōng）作台運動；Z 軸相對運動是主軸不動，工作台相對運動（dòng）。其（qí）單點的坐標（biāo）變換如（rú）圖1 所示。

                圖（tú）1 單點的（de）坐標（biāo）變換
   
     P0 是機床零點，P1 點的坐標是X1，Z1，P1 繞P0 點旋轉90°後,變成P2，這時P2 點的坐標為X2，Z2。P1 點和P2 點（diǎn）的（de）坐標關係如表（biǎo）1所示。
 

                            表1 單點旋轉90°後的坐標變換

      P1 點的X 坐標變成（chéng）了旋轉90°後P2 點的Z 坐標，P1 點的（de）Z 坐標變（biàn）成了旋轉90°後P2 點（diǎn）的X 坐標。這就是DIXI 數控鏜床點坐標變換的原理（lǐ），通過點（diǎn）坐標變換才能完成零件的坐標變換。
 
      3 、坐標變換在（zài）座體（tǐ）加工中的（de）應用
   
     從圖2 中可（kě）看出，O1 是底麵的圓心，B 是底麵中心（xīn）軸線與左右側公共軸線的交（jiāo）點，O2 是右側端（duān）麵的中心，O3 是左側端麵（miàn）的中心。O1，B，O2，O3 這四個點的空間位置是相互關聯的，底麵圓的圓（yuán）心O1 點向上抬高300 就是B 點（diǎn），B 點向右水平偏移（yí）274 就是O2 點，B 點向左水平偏移228 就是O3 點。
  

     
  
                                                        圖2 座體的零件圖

     我們在工作台（tái）上放置座體時盡（jìn）量使座體的底麵圓心接近工作台的回轉中心， 但（dàn）座體底麵的圓心和工（gōng）作台的回轉中心不可能完全重合，所以我們需要通過測量知道座體底麵（miàn）的中心O1 相（xiàng）對工作台回（huí）轉中心O 的初始矢量值。隻要知道了這個矢量值（zhí），那麽無論（lùn）工作台回轉多少角度，我們都可以算（suàn）出回轉後座體底麵圓的中心O1 在工作台（tái）上的位置，從而根據圖紙尺寸確定座體兩（liǎng）側端麵的位置，進而可以（yǐ）把工（gōng）件（jiàn）坐標（biāo）係設置在端麵中心，為加工做好準備。
 
     首先依靠座體上的（de）工藝凸（tū）台（tái），通過測量探頭或者打表的方式測量凸台平麵與X 軸的夾角，然後通過工作台（tái）的回轉，將座體找平。這時將工作台的相對（duì）角度設（shè）為0°，用探頭通（tōng）過碰三點的命令測量殼體前麵定位銷的（de）位置，然後計算（suàn）出銷釘（dìng）中心的（de）坐標（biāo），進而（ér）推算出底（dǐ）盤中心（xīn）的坐（zuò）標（biāo）（圖3）。

                  圖3 工作台（tái）0°時的位置狀態
   
    這時定位銷（xiāo）的中心的坐標X=-241.1，Z=322.71，那麽底麵圓心O1的坐標為（wéi）X1=X=-241.1，Z1=Z-150=322.71-150=172.71。
 
    回轉90°後通過（guò）坐標變換（huàn）可以算出底盤中心坐標，然後再根據圖紙尺寸可以由底盤中心坐標推（tuī）算出右側端麵中心的坐（zuò）標，進而將工件坐標係設在右側端麵的（de）中心O2， 然後根據圖紙要求對右側（cè）端麵和孔係進行加工（圖4）。

               圖4 工作台90°時的位置狀態
 
     工作台旋轉90°後，底麵圓心（xīn）的坐標通過坐標變換後，變為X1=172.71，Z1=-241.1，這時右側端麵的圓心O2 坐標為X2= X1=12.712，Z2=-(241.1+274)=-515.1。同理，回轉180°後通（tōng）過（guò）坐標變換可以算出底盤中心坐標，然後再根據圖紙尺寸可以由底盤中心坐標推算出左側端麵中心的坐標，進而將工件坐標係設在另一側端麵的中心O3， 然後根（gēn）據圖紙要求對左側端麵和孔（kǒng）係進行加工（圖5）。
  

     
  
                     圖5 工作台180°時的位置狀態
   
      工作台旋轉180°後，底麵圓心的坐標通過坐標變換後，變為X1=-172.71，Z1= 241.1， 這時左側端麵圓心O3 的坐標為X3= X1=-172.71，Z3=241.1-228=13.1
 
      4 、結（jié）論
   
      在理論（lùn）上通過（guò）坐標變換（huàn）在仿真軟件上實現了座體各加工部分的精確定位，在實（shí）踐中通過一次裝夾及工作台（tái）的回轉實現了座體兩側孔係的（de）精確定位和加工，保證了孔（kǒng）係間的同軸度。