RTCP

發(fā)布日期：2022-01-04
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近年來五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心在各領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用。在實際應用中，每當人們碰見異形復雜零件高效、高質(zhì)量加工難題時，五軸聯(lián)動技術(shù)無疑是解決這類問題的重要手段。越來越多的廠家傾向于尋找五軸設備來滿足高效率、高質(zhì)量的加工
1.1.五軸機床的機械結(jié)構(gòu)形式
所謂的五軸機床，是指在X、Y、Z，三根常見的直線軸上加上兩根旋轉(zhuǎn)軸。A、B、C三軸中的兩個旋轉(zhuǎn)軸具有不同的運動方式，以滿足各類產(chǎn)品的技術(shù)需求。雖然其機械結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但其主要有以下幾種形式：


1.2.五軸加工優(yōu)點
與三軸數(shù)控加工設備相比，五軸聯(lián)動數(shù)控機床有以下優(yōu)點：
1.2.1.保持刀具最佳切削狀態(tài)，改善切削條件


如上圖，在左圖中三軸切削方式，當切削刀具向頂端或工件邊緣移動時，切削狀態(tài)逐漸變差。而要在此處也保持最佳切削狀態(tài)，就需要旋轉(zhuǎn)工作臺。而如果我們要完整加工一個不規(guī)則平面，就必須將工作臺以不同方向旋轉(zhuǎn)多次?？梢钥匆姡遢S機床還可以避免球頭銑刀中心點線速度為0的情況，獲得更好的表面質(zhì)量。

1.2.2.有效避免刀具干涉



如上圖，針對航空航天領(lǐng)域內(nèi)應用的葉輪、葉片和整體葉盤等零件，三軸設備由于干涉原因無法滿足工藝要求。而五軸機床就可以滿足。同時五軸機床還可以使用更短的刀具進行加工，提升系統(tǒng)剛性，減少刀具的數(shù)量，避免了專用刀具的產(chǎn)生。

1.2.3.減少裝夾次數(shù)，一次裝夾完成五面加工



如上圖可以看出五軸加工中心還可以減少基準轉(zhuǎn)換，提高加工精度。在實際加工中，只需一次裝夾，加工精度更容易得到保證。同時五軸加工中心由于過程鏈的縮短和設備數(shù)量的減少，工裝夾具數(shù)量、車間占地面積和設備維護費用也隨之減少。這意味著您可以用更少的夾具，更少的廠房面積和維護費用，來完成更高效更高質(zhì)量的加工！
1.2.4.提高加工質(zhì)量與效率

如圖，五軸機床可以采用刀具側(cè)刃切削，加工效率更高

1.2.5.縮短生產(chǎn)過程鏈，簡化生產(chǎn)管理
五軸數(shù)控機床的完整加工大大縮短了生產(chǎn)過程鏈，可以使生產(chǎn)管理和計劃調(diào)度簡化。工件越復雜，它相對傳統(tǒng)工序分散的生產(chǎn)方法的優(yōu)勢就越明顯。
1.2.6.縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期
對于航空航天、汽車等領(lǐng)域的企業(yè)，有的新產(chǎn)品零件及成型模具形狀很復雜，精度要求也很高，因此具備高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的五軸數(shù)控加工中心可以很好地解決新產(chǎn)品研發(fā)過程中復雜零件加工的精度和周期問題，大大縮短研發(fā)周期和提高新產(chǎn)品的成功率。
1.3.RTCP
RTCP，在高檔五軸數(shù)控系統(tǒng)里，認為RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是我們常說的刀尖點跟隨功能。在五軸加工中，追求刀尖點軌跡及刀具與工件間的姿態(tài)時，由于回轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生刀尖點的附加運動。數(shù)控系統(tǒng)控制點往往與刀尖點不重合，因此數(shù)控系統(tǒng)要自動修正控制點，以保證刀尖點按指令既定軌跡運動。業(yè)內(nèi)也有將此技術(shù)稱為TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其實這些稱呼的功能定義都與RTCP類似，嚴格意義上來說，RTCP功能是用在雙擺頭結(jié)構(gòu)上，是應用擺頭旋轉(zhuǎn)中心點來進行補償。而類似于RPCP功能主要是應用在雙轉(zhuǎn)臺形式的機床上，補償?shù)氖怯捎诠ぜD(zhuǎn)所造成的的直線軸坐標的變化。其實這些功能殊途同歸，都是為了保持刀具中心點和刀具與工件表面的實際接觸點不變。所以為了表述方便，本文統(tǒng)一此類技術(shù)為RTCP技術(shù)。

下面雙轉(zhuǎn)臺高檔五軸數(shù)控系統(tǒng)為例，詳細介紹一下RTCP功能。
在五軸機床中定義第四軸和第五軸的概念：在雙回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)中第四軸的轉(zhuǎn)動影響到第五軸的姿態(tài)，第五軸的轉(zhuǎn)動無法影響第四軸的姿態(tài)。第五軸為在第四軸上的回轉(zhuǎn)坐標。

如上圖所示，機床第4軸為A軸，第5軸為C軸。工件擺放在C軸轉(zhuǎn)臺上。當?shù)?軸A軸旋轉(zhuǎn)時，因為C軸安裝在A軸上，所以C軸姿態(tài)也會受到影響。同理，對于我們放在轉(zhuǎn)臺上面的工件，如果我們對刀具中心切削編程的話，轉(zhuǎn)動坐標的變化勢必會導致直線軸X、Y、Z坐標的變化，產(chǎn)生一個相對的位移。而為了消除這一段位移，勢必機床要對其進行補償，RTCP就是為了消除這個補償而產(chǎn)生的功能。
那么機床如何對這段偏移進行補償呢？接下來我們就來分析一下這段偏移是怎么產(chǎn)生的。
根據(jù)前文，我們都知道是由于旋轉(zhuǎn)坐標的變化導致了直線軸坐標的偏移。那么分析旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心就顯得尤為重要。對于雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)機床，C軸也就是第5軸的控制點通常在機床工作臺面的回轉(zhuǎn)中心。而第4軸通常選擇第四軸軸線的中點作為控制點。

數(shù)控系統(tǒng)為了實現(xiàn)五軸控制，需要知道第5軸控制點與第四軸控制點之間的關(guān)系。即初始狀態(tài)（機床A、C軸0位置），第四軸控制點為原點的第四軸旋轉(zhuǎn)坐標系下，第五軸控制點的位置向量[U,V,W]。同時還需要知道A、C軸軸線之間的距離。對于雙轉(zhuǎn)臺機床，舉例如下圖所示。

講到這里，大家可以看出，對于有RTCP功能的機床，控制系統(tǒng)為保持刀具中心始終在被編程的位置上。在這種情況下，編程是獨立的，是與機床運動無關(guān)的編程。當您在機床上編程時，不用擔心機床運動和刀具長度，您所需要考慮的只是刀具和工件之間的相對運動。余下的工作控制系統(tǒng)將為您完成。舉個例子：



如上圖，不帶RTCP功能關(guān)的情況下，控制系統(tǒng)不考慮刀具長度。刀具圍繞軸的中心旋轉(zhuǎn)。刀尖將移出其所在位置，并不再固定

如上圖，帶RTCP功能開的情況下，控制系統(tǒng)只改變刀具方向，刀尖位置仍保持不變。X，Y，Z軸上必要的補償運動已被自動計算進去。
而對于不具備RTCP的五軸機床和數(shù)控系統(tǒng)是怎么解決直線軸坐標偏移這個問題呢？我們知道現(xiàn)在國內(nèi)很多五軸數(shù)控機床和系統(tǒng)都屬于假五軸，所謂假五軸，其實就是指不帶RTCP功能的機床。真假五軸，既不是看長相也不是看五個軸是否聯(lián)動，要知道假五軸也可以做五軸聯(lián)動。假五軸的區(qū)別主要在于其沒有真五軸RTCP算法，也就是說假五軸編程需要考慮主軸的擺長及旋轉(zhuǎn)工作臺的位置。這就意味著用假五軸數(shù)控系統(tǒng)和機床編程時，必須依靠CAM編程和后處理技術(shù)，事先規(guī)劃好刀路。
同樣一個零件，機床換了或者刀具換了，都必須重新進行CAM編程和后處理。并且假五軸機床在裝夾工件時需要保證工件在其工作臺回轉(zhuǎn)中心位置，對操作者來說，這意味著需要大量的裝夾找正時間，且精度得不到保證。即使是做分度加工，假五軸也麻煩很多。而真五軸只需要設置一個坐標系，只需要一次對刀，就可以完成加工。