摘 要：空间斜孔在数控加工中广泛存在，由于其矢量方向与X、Y、Z轴均存在角度关系，给加工带来较大困难，本文以某零件斜孔为例，利用数学方法实现斜孔的矢量方向与机床加工坐标系的角度转换，通过五轴机床完成空间斜孔的加工。
　　关键词：空间斜孔 ； 矢量方向；五轴机床；
　　1 引言：在数控加工中经常会遇到空间斜孔的加工问题，由于其角度与各坐标轴均存在角度关系，因此通常用五轴机床来加工。由于装夹及加工设备既定的加工状态等条件的限制，使得数控加工不能按照三维的角度进行，必须通过角度变换，转换成二维问题，以满足机床特定的加工状态。
　　2问题分析
　　大部分五轴联动的机床只能实现X轴、Y轴、Z轴的移动加上两个轴的旋转形式，斜孔角度中能转换成与轴向和径向的角度，而角度转换成为加工空间斜孔的主要技术难点。取得精确转换角度的方式有两种：一是通过三维建模，在三维模型中直接量取斜孔矢量方向与加工坐标系间的角度，二是将问题抽象成数学模型，利用数学的手段计算出所要转换的角度。第一种方式较为简单，可以快速解决当前问题，针对不同的斜孔需要建立相对应的模型，不具备通用性，第二种方法是通用的解决方式，可以解决所有空间斜孔的角度转换问题，不受建模和不同零件的限制，一劳永逸。
　　本文主要阐述第二种方法即如何通过数学模型解决空间斜孔加工的问题。
　　3技术方案
　　以某零件空间斜孔为例，其空间角度如图1所示，斜孔与零件轴向成δ°，径向成θ°（已知条件，均可换算为锐角），以采用X轴、Y轴、Z轴的移动，B轴摆动，C轴旋转的五轴联动机床为例，机床带有刀剑跟踪功能，系统为西门子840D，其余形式的五轴联动机床方法类似，只是机床固有的加工坐标系不同，通过坐标变化即可。首先保持主轴不动，将零件绕Z轴旋转至斜孔中心线与ZX平面平行，再将刀具在平面内旋转至与斜孔中心线平行，通过零点偏移旋转至孔中心进刀点，进而完成对斜孔的加工。
　　3.1 工作台及刀轴旋转
　　将零件装夹到旋转工作台上，零件回转中心与工作台回转中心重合，零件斜孔沿工作台X轴正向，旋转工作台将零件旋转到斜孔中心线至与ZX平面平行，旋转角度为α，在平面内刀轴旋转到与斜孔中心线平行，旋转角度为β，即为斜孔的矢量方向，其抽象的数学模型如图2所示
　　3.2 零点转换
　　加工坐标系需要转换到和斜孔的矢量方向一致，零点偏移是相对初始加工坐标系的偏移，加工坐标系旋转的角度即为与初始坐标系的夹角，由于本文采用的是B轴摆动机床，零点偏移需要ROTY，其旋转角度和刀轴摆动角度一致，也为β角，对于其他形式的机床，偏移的角度根据机床结构而采用相应变化。
　　3.3 钻孔
　　由于斜孔与零件表面形成的凹陷有一定深度，因此不能直接钻孔，如图3所示，钻孔前需要锪平面，采用比孔径小的端铣刀锪平面，以防止刀具打滑出现崩刀及划伤零件现象，锪平面深度为：2r*cos（90-β），r为孔的半径，锪平面采用螺旋递进式方式。钻孔适宜采用定点抬刀的断屑钻削，即根据零件材料设置每次钻固定深度，本零件材料为TC17钛合金，且孔直径为φ2，孔深为13mm，主轴转速为300r/min，钻孔进给为50mm/min，每次钻孔深度为0.1，安全平面为5mm，每钻0.1深后抬刀到安全平面，直至钻到13mm，如果孔为非圆孔，需采用比孔直径更小的刀具采用轮廓铣的方式实现孔的加工。
　　3.4 加工过程
　　零件装夹找正后到初始位置，工作台旋转α角，使孔中心线与机床主轴同平面，刀轴摆动β角使主轴与斜孔中心线平行，将刀尖移动到斜孔加工位置，通过零点转换旋转加工坐标系，按照旋转后的加工坐标系进行孔的加工，如图4所示。
　　4总结
　　通过角度转换，可以将空间斜孔问题轉换为数学模型，利用数学方法解决工程化问题，只需给定轴向角度和径向角度，即可实现任意空间角度的变换和加工，节约了编程时间，提高了生产效率。
　　参考文献：
　　[1]岩人.径向孔中心线的角向位置确定法 [J]. 汽车工艺. 1986 （05）
　　[2]阎可明. 空间斜孔的加工和检测 [J]. 机械工程师. 2003 （06）