角度头是一种常见的机床附件。可以完成铣削、钻孔、攻丝、镗削等加工工序。其优势在于，能实现立卧转换五面加工，完成特定角的度斜面加工。一些使用传统方法无法加工的狭窄空间、深腔内槽等，也可以用角度头加工。使用角度头能减少工件装夹次数，提高机加工的精度和效率。

图1  直角角度头铣削加工

角度头分类

常见的角度头按类型可分：固定角度型，万能型和特殊型等。它们广泛使用于航空航天，汽车，模具，电子等各种加工场合。

1)   单输出直角角度头  该类型的角度头较为常见。刚性较佳，可广泛应用于各类场合。

2)   双输出直角角度头  该角度头采用双向输出，且双向的同心精度、垂直精度较高。不仅可以免除手动转角、打表校正的繁琐，提高了生产加工效率。同时也避免了重复调效带来的误差，保证了加工的位置精度。这种角度头适用于加工精度较高的复杂零件。

3)   万向角度头  又称万能角度头。该角度头刀具的旋转中心线与机床主轴旋转中心线所成角度可调。可调角度范围一般为0~90度。但也有一些特殊的，可调范围超过了90度。

使用角度头的几种情况

1)   某些精度要求高的工件。需要一次装夹，多面加工。

2)   相对于基准面，进行任意角度的加工时。3)   加工孔中孔。铣头等工具无法探进大孔中加工小孔时。4)   加工中心无法加工的斜孔、斜槽等。如发动机、箱壳的内部孔、槽。5)   大型工件由于每次装夹都耗时较长。尽量一次装夹，多面加工，以节省装夹时间。

角度头铣削编程

下面是一个角度头铣削轮毂内腔的案例。

图5 飞机轮毂3D示意图

轮毂内壁纵向分布有八个键条。每个键条 Z 向高度可达240mm，键条与内壁相连接的圆角仅为 R2。每个键条上分布有上下两个 M10 螺纹孔。如下图红色区域所示。

图6 待加工位置

工艺路线

1)   粗加工插铣键条周边。

2)   精铣键条上下平面和两侧R2圆角。

3)   用8.5mm钻头钻M10底孔。

4)   攻丝M10螺纹孔

选择机床

由于内腔键条比较长，如果采用小直径、大悬长的整体立铣刀，其刚性太差，容易断刀。并且，键条上的圆孔必须横向加工。因此，使用三轴机床无法完成加工。可以选用 TT 结构的五轴机床，用AC轴配合直线轴，采用3+2定向加工。但经过机床仿真发现，在加工 M10孔时，A轴必须摆到90度的位置。但此时机床主轴整体会与零件干涉(如图6中红色区域)。所以，这种结构的五轴机床也无法完成加工。

图7  TT机床主轴与零件干涉

既使换成 HH 结构的五轴机床，干涉问题依然存在，如下图。

图8  HH机床主轴与零件干涉

考虑到工件尺寸大分量重，最终选择在 HH 结构的五轴机床上，加挂专用的90°角度头，来加工此零件。

此角度头为 Gerardi RA200 型角度头。专业定制，结构紧凑。悬伸总长160mm，完全可以伸到腔体内部。该角度头可以安装Φ3 - Φ10铣刀或钻头。最大可装铣头直径Φ18mm。万事具备，只欠东风。最后需要考虑的是如何编制加工程序了。Mastercam 具有强大的角度头编程功能。无论是90°单侧头、双侧头，还是复合式万能角度头，都可以快捷地编出钻孔和铣削刀路。加工位置准确无误。刀路编制完成后，再进行仔细的加工过程仿真和后置处理，生成需要的 NC 程序。

机床仿真和后置处理

使用角度头加工，机床仿真和后处理是非常重要的。由于工件结构紧凑复杂，五轴机床加挂角度头后，机床运动更加复杂。机床与工装夹具很容易发生干涉和碰撞。通过仿真，可以保证角度头能安全地伸进工件内腔进行加工。加工完后，能安全地退到指定的位置。机床模拟过程非常准确，模拟过程中如果某处有干涉，可以减慢模拟速度，仔细观察干涉原因。及时发现和解决问题。如果没有模拟，就只能每条NC指令小心试错，仔细调试了。这样的效率非常低。所以，机床仿真能大大提高角度头的编程效率，非常重要。

角度头加工的后处理同样重要。由于角度头结构特殊，其刀具轴并不平行于机床的主轴。以90度直角头为例，其刀轴可以在水平面上360°范围内任意定向。并在这些方向上钻孔、定向铣削和联动铣削。因此，通常的后处理无法生成正确的NC程序。Mastercam具有强大的后处理平台。能提供专业的角度头后处理。生成的NC程序支持主流的机床结构和主流的控制器。能完成角度头在各个方向的钻孔、铣面和曲面联动铣削。

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