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        【摘要】為了精密加工座體，保證左右兩側(cè)孔系的同軸度，通過坐標(biāo)變換，在DIXI 數(shù)控精密鏜床上實(shí)現(xiàn)了一次裝夾對座體兩側(cè)孔系的精確定位和加工。
 
        【關(guān)鍵詞】數(shù)控鏜床；坐標(biāo)變換；精確定位
 
        0 序言
 
        座體是我所某型設(shè)備上的重要零件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工周期長、加工難度大，其中左右側(cè)孔系的同軸度要求0.02mm,難以保證。為了實(shí)現(xiàn)座體的精密加工，保證左右兩側(cè)孔系的同軸度，我們使用DIXI 數(shù)控精密鏜床（定位精度能到1μm），對其進(jìn)行精加工，但要發(fā)揮機(jī)床的高精度，制造出高精度（μ 級）的零件，必須有工藝措施的支撐。
 
        1、 影響座體加工精度的因素
 
        1.1 加工前影響座體加工精度的四個(gè)要素
 
        加工前基準(zhǔn)、定位、裝夾、找正四個(gè)要素是影響零件加工精度的主要因素。所以控制定位和加工基準(zhǔn)的形位誤差，控制由裝夾力引起零件的應(yīng)力和變形，減少零件找正時(shí)的測量誤差，是座體精密加工的前提。
 
        零件在數(shù)控機(jī)床上加工第一個(gè)要解決的問題是基準(zhǔn)和定位問題。定位和加工基準(zhǔn)是定位和加工尺寸的起始要素， 要求高的平面度、直線度和垂直度，以減少形位誤差，為定位、找正提供條件，為精密加工提供保證。
 
        以定位基準(zhǔn)將零件在工作臺(tái)上放置好后，進(jìn)行裝夾時(shí)要考慮裝夾應(yīng)力和變形并予以進(jìn)行控制， 否則加工完松開裝夾后應(yīng)力會(huì)重新分布，引起零件的變形，從而導(dǎo)致同軸度超差。
 
        工件坐標(biāo)系的設(shè)定，也就是要讓機(jī)床的刀軸垂直于零件的被加工表面，并設(shè)定加工零點(diǎn)（即工作坐標(biāo)系的原點(diǎn)）。一般通過碰刀、試切，打表或者測頭等測量方式對加工基準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)進(jìn)行測量，然后對測量數(shù)值處理后進(jìn)行工件坐標(biāo)系的設(shè)定，所以測量誤差會(huì)被帶入到加工誤差中。
 
        控制好基準(zhǔn)、定位、裝夾、找正的誤差，是保證座體加工精度的前提條件。如果這四個(gè)要素都能盡量做好，避免誤差，則座體的同軸度就好保證；如果這四個(gè)要素沒有控制好，則它們的誤差會(huì)帶入座體的加工誤差中，座體的同軸度就難以保證。
 
        1.2 數(shù)控鏜床優(yōu)點(diǎn)在于一次裝夾找正后通過工作臺(tái)回轉(zhuǎn)精確定位座體的兩側(cè)孔系，避免了基準(zhǔn)誤差和找正誤差，為保證同軸度作出了貢獻(xiàn)用一般的鏜床加工座體的兩側(cè)孔系，要先找正一個(gè)端面，在確定這個(gè)端面的圓心位置后完成孔系鏜削，然后將工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°，再找正另外一個(gè)端面，確定另一個(gè)端面的圓心位置后完成另一側(cè)的孔系鏜削。由于這中加工方法需要兩次找正，所以一般都需要公共基準(zhǔn)，分別找正時(shí)需要先找正公共基礎(chǔ)，再利用公共基準(zhǔn)推算確定兩端端面的中心。
 
        兩次找正會(huì)帶來基準(zhǔn)誤差和找正誤差。首先基準(zhǔn)不可能是絕對的平面和直線，會(huì)有形狀誤差，從兩邊分別對刀找正時(shí)也不可能剛好碰在同一個(gè)點(diǎn)上，所以基準(zhǔn)誤差會(huì)帶入定位誤差中，同時(shí)對刀時(shí)的系統(tǒng)誤差和測量誤差也會(huì)帶入定位誤差中。這種方法的定位精度相對較低，從兩側(cè)分別鏜孔時(shí)端面中心的同軸不是很好。所以位置精度要求高時(shí)應(yīng)盡可能減少裝夾找正的次數(shù)， 盡可能避免基準(zhǔn)誤差和找正誤差。
  
        DIXI 數(shù)控臥式鏜床的工作臺(tái)回轉(zhuǎn)精度很高（達(dá)到1 秒），并且可以通過程序控制，將座體一次裝夾找正后，再通過坐標(biāo)變化，可以算出工作臺(tái)回轉(zhuǎn)后座體兩端的中心位置， 實(shí)現(xiàn)了座體兩側(cè)孔系的精確定位，從而避免了基準(zhǔn)誤差和找正誤差，為保證同軸度作出了貢獻(xiàn)。
 
       1.3 坐標(biāo)變換可解決零件旋轉(zhuǎn)中心和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心不是同一個(gè)點(diǎn)時(shí)一次裝夾工作臺(tái)回轉(zhuǎn)后多個(gè)面的定位問題DIXI 數(shù)控臥式鏜床理論上能加工多個(gè)面， 實(shí)際還要結(jié)合零件在其工作臺(tái)的位置及其尺寸，如果零件的尺寸過小，將其定位裝夾在工作臺(tái)前端，可以先加工一個(gè)面，但工作臺(tái)回轉(zhuǎn)后，刀具的有效長度不能伸到被加工面，這時(shí)要么使用加長刀具，要么需要重新裝夾找正零件。所以合適的零件尺寸和零件在工作臺(tái)的合適定位，才能保證一次裝夾找正，通過工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)加工零件的多個(gè)面。
 
      座體在DIXI 數(shù)控鏜床工作臺(tái)面上放置時(shí)是滿足上述條件條件的，但實(shí)際放置時(shí)應(yīng)盡量使座體的底面中心靠近工作臺(tái)的中心,以保證工作臺(tái)的平衡，從而提高加工精度。
 
     當(dāng)零件的旋轉(zhuǎn)中心和工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心重合時(shí)，零件的旋轉(zhuǎn)角度與工作臺(tái)相同，零件的旋轉(zhuǎn)角度可以用工作臺(tái)回轉(zhuǎn)角度控制。但當(dāng)零件的旋轉(zhuǎn)中心和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心不是同一個(gè)點(diǎn)時(shí)，零件的旋轉(zhuǎn)與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)完全不同，這樣工作臺(tái)回轉(zhuǎn)后如何找到其他被加工面的位置是一個(gè)要解決的問題，這里我們應(yīng)用坐標(biāo)變換來解決這個(gè)問題。
 
     2 、DIXI 數(shù)控鏜床的坐標(biāo)變換
 
     在數(shù)控機(jī)床中定位和坐標(biāo)是密切相連的，對零件加工來說通過坐標(biāo)變換確定旋轉(zhuǎn)后的被加工位置是致關(guān)重要的。
 
     DIXI 數(shù)控鏜床是以工作臺(tái)的中心為基準(zhǔn)規(guī)劃X，Y，Z 三個(gè)坐標(biāo)軸的，其方向符合右手笛卡爾坐標(biāo)，其中X，Y 軸相對運(yùn)動(dòng)是以工作臺(tái)不動(dòng)，主軸相對于工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)；Z 軸相對運(yùn)動(dòng)是主軸不動(dòng)，工作臺(tái)相對運(yùn)動(dòng)。其單點(diǎn)的坐標(biāo)變換如圖1 所示。

                圖1 單點(diǎn)的坐標(biāo)變換
   
     P0 是機(jī)床零點(diǎn)，P1 點(diǎn)的坐標(biāo)是X1，Z1，P1 繞P0 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90°后,變成P2，這時(shí)P2 點(diǎn)的坐標(biāo)為X2，Z2。P1 點(diǎn)和P2 點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系如表1所示。
 

                            表1 單點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90°后的坐標(biāo)變換

      P1 點(diǎn)的X 坐標(biāo)變成了旋轉(zhuǎn)90°后P2 點(diǎn)的Z 坐標(biāo)，P1 點(diǎn)的Z 坐標(biāo)變成了旋轉(zhuǎn)90°后P2 點(diǎn)的X 坐標(biāo)。這就是DIXI 數(shù)控鏜床點(diǎn)坐標(biāo)變換的原理，通過點(diǎn)坐標(biāo)變換才能完成零件的坐標(biāo)變換。
 
      3 、坐標(biāo)變換在座體加工中的應(yīng)用
   
     從圖2 中可看出，O1 是底面的圓心，B 是底面中心軸線與左右側(cè)公共軸線的交點(diǎn)，O2 是右側(cè)端面的中心，O3 是左側(cè)端面的中心。O1，B，O2，O3 這四個(gè)點(diǎn)的空間位置是相互關(guān)聯(lián)的，底面圓的圓心O1 點(diǎn)向上抬高300 就是B 點(diǎn)，B 點(diǎn)向右水平偏移274 就是O2 點(diǎn)，B 點(diǎn)向左水平偏移228 就是O3 點(diǎn)。
  

     
  
                                                        圖2 座體的零件圖

     我們在工作臺(tái)上放置座體時(shí)盡量使座體的底面圓心接近工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心， 但座體底面的圓心和工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心不可能完全重合，所以我們需要通過測量知道座體底面的中心O1 相對工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心O 的初始矢量值。只要知道了這個(gè)矢量值，那么無論工作臺(tái)回轉(zhuǎn)多少角度，我們都可以算出回轉(zhuǎn)后座體底面圓的中心O1 在工作臺(tái)上的位置，從而根據(jù)圖紙尺寸確定座體兩側(cè)端面的位置，進(jìn)而可以把工件坐標(biāo)系設(shè)置在端面中心，為加工做好準(zhǔn)備。
 
     首先依靠座體上的工藝凸臺(tái)，通過測量探頭或者打表的方式測量凸臺(tái)平面與X 軸的夾角，然后通過工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)，將座體找平。這時(shí)將工作臺(tái)的相對角度設(shè)為0°，用探頭通過碰三點(diǎn)的命令測量殼體前面定位銷的位置，然后計(jì)算出銷釘中心的坐標(biāo)，進(jìn)而推算出底盤中心的坐標(biāo)（圖3）。

                  圖3 工作臺(tái)0°時(shí)的位置狀態(tài)
   
    這時(shí)定位銷的中心的坐標(biāo)X=-241.1，Z=322.71，那么底面圓心O1的坐標(biāo)為X1=X=-241.1，Z1=Z-150=322.71-150=172.71。
 
    回轉(zhuǎn)90°后通過坐標(biāo)變換可以算出底盤中心坐標(biāo)，然后再根據(jù)圖紙尺寸可以由底盤中心坐標(biāo)推算出右側(cè)端面中心的坐標(biāo)，進(jìn)而將工件坐標(biāo)系設(shè)在右側(cè)端面的中心O2， 然后根據(jù)圖紙要求對右側(cè)端面和孔系進(jìn)行加工（圖4）。

               圖4 工作臺(tái)90°時(shí)的位置狀態(tài)
 
     工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°后，底面圓心的坐標(biāo)通過坐標(biāo)變換后，變?yōu)閄1=172.71，Z1=-241.1，這時(shí)右側(cè)端面的圓心O2 坐標(biāo)為X2= X1=12.712，Z2=-(241.1+274)=-515.1。同理，回轉(zhuǎn)180°后通過坐標(biāo)變換可以算出底盤中心坐標(biāo)，然后再根據(jù)圖紙尺寸可以由底盤中心坐標(biāo)推算出左側(cè)端面中心的坐標(biāo)，進(jìn)而將工件坐標(biāo)系設(shè)在另一側(cè)端面的中心O3， 然后根據(jù)圖紙要求對左側(cè)端面和孔系進(jìn)行加工（圖5）。
  

     
  
                     圖5 工作臺(tái)180°時(shí)的位置狀態(tài)
   
      工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°后，底面圓心的坐標(biāo)通過坐標(biāo)變換后，變?yōu)閄1=-172.71，Z1= 241.1， 這時(shí)左側(cè)端面圓心O3 的坐標(biāo)為X3= X1=-172.71，Z3=241.1-228=13.1
 
      4 、結(jié)論
   
      在理論上通過坐標(biāo)變換在仿真軟件上實(shí)現(xiàn)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臺(tái)的回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了座體兩側(cè)孔系的精確定位和加工，保證了孔系間的同軸度。