RTCP

發(fā)布日期：2022-01-04
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近年來五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心在各領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，每當(dāng)人們碰見異形復(fù)雜零件高效、高質(zhì)量加工難題時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)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(shè)備來滿足高效率、高質(zhì)量的加工
1.1.五軸機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式
所謂的五軸機(jī)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(gè)旋轉(zhuǎn)軸具有不同的運(yùn)動(dòng)方式，以滿足各類產(chǎn)品的技術(shù)需求。雖然其機(jī)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(diǎn)
與三軸數(shù)控加工設(shè)備相比，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床有以下優(yōu)點(diǎn)：
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(dāng)切削刀具向頂端或工件邊緣移動(dòng)時(shí)，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(tái)。而如果我們要完整加工一個(gè)不規(guī)則平面，就必須將工作臺(tái)以不同方向旋轉(zhuǎn)多次?？梢钥匆?，五軸機(jī)床還可以避免球頭銑刀中心點(diǎn)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(duì)航空航天領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的葉輪、葉片和整體葉盤等零件，三軸設(shè)備由于干涉原因無法滿足工藝要求。而五軸機(jī)床就可以滿足。同時(shí)五軸機(jī)床還可以使用更短的刀具進(jìn)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(zhǔn)轉(zhuǎn)換，提高加工精度。在實(shí)際加工中，只需一次裝夾，加工精度更容易得到保證。同時(shí)五軸加工中心由于過程鏈的縮短和設(shè)備數(shù)量的減少，工裝夾具數(shù)量、車間占地面積和設(shè)備維護(hù)費(fèi)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(hù)費(fèi)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(jī)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(jiǎn)化生產(chǎn)管理
五軸數(shù)控機(jī)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(jì)劃調(diào)度簡(jiǎn)化。工件越復(fù)雜，它相對(duì)傳統(tǒng)工序分散的生產(chǎn)方法的優(yōu)勢(shì)就越明顯。
1.2.6.縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期
對(duì)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(fù)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(fù)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(rèn)為RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是我們常說的刀尖點(diǎn)跟隨功能。在五軸加工中，追求刀尖點(diǎn)軌跡及刀具與工件間的姿態(tài)時(shí)，由于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生刀尖點(diǎn)的附加運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)控制點(diǎn)往往與刀尖點(diǎn)不重合，因此數(shù)控系統(tǒng)要自動(dòng)修正控制點(diǎn)，以保證刀尖點(diǎn)按指令既定軌跡運(yùn)動(dòng)。業(yè)內(nèi)也有將此技術(shù)稱為TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其實(shí)這些稱呼的功能定義都與RTCP類似，嚴(yán)格意義上來說，RTCP功能是用在雙擺頭結(jié)構(gòu)上，是應(yīng)用擺頭旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)來進(jìn)行補(bǔ)償。而類似于RPCP功能主要是應(yīng)用在雙轉(zhuǎn)臺(tái)形式的機(jī)床上，補(bǔ)償?shù)氖怯捎诠ぜD(zhuǎn)所造成的的直線軸坐標(biāo)的變化。其實(shí)這些功能殊途同歸，都是為了保持刀具中心點(diǎn)和刀具與工件表面的實(shí)際接觸點(diǎn)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(tái)高檔五軸數(shù)控系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹一下RTCP功能。
在五軸機(jī)床中定義第四軸和第五軸的概念：在雙回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)中第四軸的轉(zhuǎn)動(dòng)影響到第五軸的姿態(tài)，第五軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(biāo)。

如上圖所示，機(jī)床第4軸為A軸，第5軸為C軸。工件擺放在C軸轉(zhuǎn)臺(tái)上。當(dāng)?shù)?軸A軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)镃軸安裝在A軸上，所以C軸姿態(tài)也會(huì)受到影響。同理，對(duì)于我們放在轉(zhuǎn)臺(tái)上面的工件，如果我們對(duì)刀具中心切削編程的話，轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的變化勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致直線軸X、Y、Z坐標(biāo)的變化，產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)的位移。而為了消除這一段位移，勢(shì)必機(jī)床要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，RTCP就是為了消除這個(gè)補(bǔ)償而產(chǎn)生的功能。
那么機(jī)床如何對(duì)這段偏移進(jìn)行補(bǔ)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(biāo)的變化導(dǎo)致了直線軸坐標(biāo)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(duì)于雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)機(jī)床，C軸也就是第5軸的控制點(diǎn)通常在機(jī)床工作臺(tái)面的回轉(zhuǎn)中心。而第4軸通常選擇第四軸軸線的中點(diǎn)作為控制點(diǎn)。

數(shù)控系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)五軸控制，需要知道第5軸控制點(diǎn)與第四軸控制點(diǎn)之間的關(guān)系。即初始狀態(tài)（機(jī)床A、C軸0位置），第四軸控制點(diǎn)為原點(diǎn)的第四軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，第五軸控制點(diǎn)的位置向量[U,V,W]。同時(shí)還需要知道A、C軸軸線之間的距離。對(duì)于雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床，舉例如下圖所示。

講到這里，大家可以看出，對(duì)于有RTCP功能的機(jī)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(dú)立的，是與機(jī)床運(yùn)動(dòng)無關(guān)的編程。當(dāng)您在機(jī)床上編程時(shí)，不用擔(dān)心機(jī)床運(yùn)動(dòng)和刀具長(zhǎng)度，您所需要考慮的只是刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。余下的工作控制系統(tǒng)將為您完成。舉個(gè)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(zhǎng)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(bǔ)償運(yùn)動(dòng)已被自動(dòng)計(jì)算進(jìn)去。
而對(duì)于不具備RTCP的五軸機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)是怎么解決直線軸坐標(biāo)偏移這個(gè)問題呢？我們知道現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多五軸數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)都屬于假五軸，所謂假五軸，其實(shí)就是指不帶RTCP功能的機(jī)床。真假五軸，既不是看長(zhǎng)相也不是看五個(gè)軸是否聯(lián)動(dòng)，要知道假五軸也可以做五軸聯(lián)動(dòng)。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(zhǎng)及旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的位置。這就意味著用假五軸數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床編程時(shí)，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(gè)零件，機(jī)床換了或者刀具換了，都必須重新進(jìn)行CAM編程和后處理。并且假五軸機(jī)床在裝夾工件時(shí)需要保證工件在其工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心位置，對(duì)操作者來說，這意味著需要大量的裝夾找正時(shí)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(shè)置一個(gè)坐標(biāo)系，只需要一次對(duì)刀，就可以完成加工。