90度直角銑頭是一種重要的機(jī)床主軸附件，因其能夠使刀具軸線與主軸軸線成90°直角結(jié)構(gòu)，所以通過與多軸加工中心的配合能夠增加機(jī)床的加工范圍。由于直角銑頭的刀具軸線與主軸軸線位于不同方位，傳統(tǒng)五軸數(shù)控加工中的刀尖點(diǎn)補(bǔ)償方式已不再適用于直角銑頭，因此需探索新的途徑來實(shí)現(xiàn)直角銑頭的五軸加工。90度直角銑頭應(yīng)用于五軸加工時(shí)，存在控制器參數(shù)設(shè)置復(fù)雜，數(shù)控編程難度大，加工過程操作繁瑣等問題，嚴(yán)重影響了直角銑頭的利用率和加工效率，并且存在新技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析不到位，造成質(zhì)量問題的隱患。
90度直角銑頭的刀尖點(diǎn)線性坐標(biāo)補(bǔ)償
90度直角銑頭數(shù)控程序的主體部分是由機(jī)床刀尖點(diǎn)相對(duì)于工件的坐標(biāo)點(diǎn)群構(gòu)成的。在五軸加工中，刀尖點(diǎn)位置會(huì)隨著機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化，因此必須將刀具參考點(diǎn)通過線性偏置補(bǔ)償?shù)降都恻c(diǎn)處，實(shí)現(xiàn)刀尖點(diǎn)的實(shí)時(shí)跟隨。圖1是關(guān)閉和開啟刀尖點(diǎn)補(bǔ)償功能時(shí)的五軸轉(zhuǎn)換效果圖。在初始狀態(tài)下，刀具參考點(diǎn)位于機(jī)床的主軸端面中心點(diǎn)處，因此刀尖點(diǎn)線性坐標(biāo)補(bǔ)償?shù)谋举|(zhì)是計(jì)算并補(bǔ)償機(jī)床旋轉(zhuǎn)后主軸端面中心點(diǎn)相對(duì)于刀尖點(diǎn)的線性偏置值。從圖1可以看出，當(dāng)關(guān)閉刀尖點(diǎn)線性坐標(biāo)補(bǔ)償功能時(shí)，機(jī)床將無法運(yùn)動(dòng)到正確的加工位置。
由于90度直角銑頭是由兩段直角邊構(gòu)成，目前使用的常規(guī)刀具刀尖點(diǎn)線性坐標(biāo)補(bǔ)償功能并不適用。直角銑頭的刀尖點(diǎn)線性坐標(biāo)補(bǔ)償算法主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：
a.對(duì)于沒有開放五軸聯(lián)動(dòng)功能的加工中心，可通過編制刀具參考點(diǎn)偏置補(bǔ)償算法的子程序?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)償；
b.對(duì)于能夠完成五軸聯(lián)動(dòng)的加工中心可通過控制器雙向刀長(zhǎng)補(bǔ)償法完成補(bǔ)償。
下面具體闡述刀具參考點(diǎn)偏置補(bǔ)償法和控制器雙向刀長(zhǎng)補(bǔ)償法這兩種直角銑頭的刀尖點(diǎn)線性坐標(biāo)補(bǔ)償方法。
90度直角銑頭刀具參考點(diǎn)偏置補(bǔ)償法
刀具參考點(diǎn)偏置補(bǔ)償法是通過在NC代碼中調(diào)用外部子程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同機(jī)床旋轉(zhuǎn)角度下直角銑頭刀尖點(diǎn)的線性軸補(bǔ)償。其原理是將機(jī)床的旋轉(zhuǎn)角度作為實(shí)參傳遞給子程序，在子程序中計(jì)算機(jī)床在不同旋轉(zhuǎn)角度下主軸端面相對(duì)于刀尖點(diǎn)的線性軸位置偏置，并將該偏置值寫入控制器的刀具參數(shù)表中，當(dāng)主程序調(diào)用該子程序時(shí)，刀具參考點(diǎn)將自動(dòng)補(bǔ)償?shù)降都恻c(diǎn)處。以五軸臥式加工中心為例，刀具參考點(diǎn)偏置補(bǔ)償法根據(jù)刀軸的指向可分為四種初始安裝方位（面向機(jī)床方向觀察）：刀軸指向12點(diǎn)方向（垂直向上）、3點(diǎn)方向（水平向右）、6點(diǎn)方向（垂直向下）、9點(diǎn)方向（水平向左），如圖2所示。若在五軸立式機(jī)床上，則應(yīng)從機(jī)床俯視圖角度進(jìn)行觀察。
90度直角銑頭控制器雙向刀長(zhǎng)補(bǔ)償法
90度直角銑頭的刀具長(zhǎng)度僅沿機(jī)床主軸方向，在進(jìn)行刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償時(shí)僅需補(bǔ)償?shù)毒叩腪向長(zhǎng)度值。而直角銑頭包含主軸軸線和刀具軸線兩個(gè)刀長(zhǎng)方向，因此必須在機(jī)床控制器刀具表中設(shè)置雙向刀長(zhǎng)才能實(shí)現(xiàn)機(jī)床刀具參考點(diǎn)的偏置補(bǔ)償。以五軸臥式加工中心為例，按照?qǐng)D2所述直角銑頭初始安裝位置的四種方向，雙向刀長(zhǎng)數(shù)值的設(shè)置分成以下四組，每組兩個(gè)刀長(zhǎng)值，如圖7所示。以圖3中所示的12點(diǎn)方向?yàn)槔?，直角銑頭中第1段與刀柄同軸的直角邊沿Zm軸正向，第2段與刀具同軸的直角邊沿Ym軸負(fù)向，因此需將刀長(zhǎng)Lb值輸入刀具表的Length1中，將-Lc值輸入Length2中，如圖7a所示。根據(jù)刀具表中設(shè)置的雙向刀長(zhǎng)補(bǔ)償值，啟動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)模式，控制器將自動(dòng)補(bǔ)償由于旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的線性偏差，實(shí)現(xiàn)機(jī)床刀尖點(diǎn)的實(shí)時(shí)跟隨，該方法適合于具備五軸聯(lián)動(dòng)的五軸加工中心。