五轴?RTCP?什么是真正的五轴?近年来五轴联动数控加工中心在各领域得到了越来越广泛的应用。在实际应用中,每当人们碰见异形复杂零件高效、高质量加工难题时,五轴联动技术无疑是解决这类问题的重要手段。越来越多的厂家倾向于寻找五轴设备来满足高效率、高质量的加工
五轴?RTCP?什么是真正的五轴?
近年来五轴联动数控加工中心在各领域得到了越来越广泛的应用。在实际应用中,每当人们碰见异形复杂零件高效、高质量加工难题时,五轴联动技术无疑是解决这类问题的重要手段。越来越多的厂家倾向于寻找五轴设备来满足高效率、高质量的加工。但是,你真的足够了解五轴加工吗?五轴《繁体:軸》加工
想要真正的了解五轴加工,首先我们要做的是要读懂什么是五轴机床。五轴机床(5 Axis Machining),顾名思义,是指在X、Y、Z,三根常见的直线轴上加上两根旋转轴。A、B、C三轴中的两个旋转轴具有不同的运动方式,以满足各类产品的技术需求。而在5轴加工中心的机械设计上,机床制造商始终坚持不懈地致力于开发出新的运动模式,以满足各种要求。综合目前市场上各类五轴机床,虽然其机械结构形式多种多样,但是主要有以下几种形式:
两个转动坐标直接控制刀具轴线的方【练:fāng】向(双摆头形式)
两个坐标轴在刀(练:dāo)具顶端,
但是旋转轴不与直线轴垂直(俯垂型摆头(tóu)式)
两个转动坐标直接控制空间的旋转(双转(繁:轉)台形式)
两[繁:兩]个坐标轴在工作台上,
但是旋转轴不与直线轴垂直(俯垂型工《gōng》作台式)
两个转《繁澳门新葡京体:轉》动坐标一个作用在刀具上,
一个作用在(zài)工件上(一摆一转形式)
看过这些结构的五轴机床,我相信我们应该明白了五轴机床什么在运动,怎样运动。可是,这么多样化的机床结构,在加工时究竟能展现出哪些特点呢?与传统的三轴机床相比,又有(拼音:yǒu)哪些优势呢?接下来就让我们来看《练:kàn》看五轴机床有哪些发光点。
5轴机床(繁体:牀)的特点
说起五轴机床的特点,就要和传统的三轴设备来比较。生产中(练:zhōng)三轴加工设备比较[拼音:jiào]常见,有立式、卧式及龙门等几种形式。常见的加工方法有立铣刀端刃加工、侧刃加工。球头刀的仿形加工等等
但无【练:wú】论哪种形式和方法都有着一个共同的特点,就是在加工过程中刀轴方向始终(繁体:終)保持不变,机床只能通过X、Y、Z三个线性轴的插补来实现刀具在空间直角坐标系中的运动。所以,在面对下面这些产品时,三轴机床效率低、加工表面质量差甚至无法加工的弊端就暴露出来了。
与三轴数控加工设[繁:設]备相比,五联动数控机床有以下优点:
1. 保持刀具最佳切削状态,改(pinyin:gǎi)善切削条件
如上图,在左图中(pinyin:zhōng)三轴切削方式,当切削刀具向顶端或工件边缘移动时,切削状态逐渐变差。而要在此处也保持最佳切削[pinyin:xuē]状态,就需要旋转工作台。而如果我们要完整加工一个不规则平面,就必须将工作台以不同方向旋转多次。可以看见,五轴机床还可以避免球头铣刀中心点线速度为0的情况,获得更好的表面质量。
2. 有效避免刀具(拼音:jù)干涉
如上图,针对航空航天领域内{练:nèi}应用的叶轮、叶片和整体叶盘等零件,三轴设备由于干涉原因无法满足工艺要求。而五轴机床就可以满足。同时五轴机床还可以使用更短的刀具进行加工,提升系统刚性,减少刀具的数量,避免了专用刀具的产生。对于我们的企业老板来说,意味在刀具成本方面,五轴机床将会给您省钱了(繁体:瞭)!
3. 减少装《繁体:裝》夹次数,一次装夹完成五面加工
如上图可以看出五轴加工中心还可以减少基准转换,提高{拼音:gāo}加工精度。在实际加工中,只需一次澳门永利装夹,加工精度更容易得到保证。同时五轴加工中心由于过程链的缩短和设备数量的减少,工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用也随之减少。这意味着您可以用更少的夹具,更少的厂房面积和维护费用,来完成更高效更高质量的加工!
4. 提高加工质量和效[pinyin:xiào]率
如图,五轴机床chuáng 可以采用刀具侧刃切削,加工效率更高。
5. 缩短生《pinyin:shēng》产过程链,简化生产管理
五(拼音:wǔ)轴数控机床的完整加工大大缩短了生产过程链,可以使生产管理和计划调度简化。工件越复杂,它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显(繁:顯)。
6. 缩短新产品研发周期《练:qī》
对于航空航天、汽车等领域的企业,有的新产品零件及成型模具形状很复杂,精度要求也很高,因此具备高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的五轴数控加工中心可以很好(练:hǎo)地解决新产品研发过程中复杂零件加工的精度和周期问题,大大缩短研发周期和提高新产品的《拼音:de》成功率。
综上所述,五轴机床实在是有太多太多优点,但是五轴机床刀具姿态控制,数控系统,CAM编程和后处澳门永利理都要比三轴机床复杂的多!同时,我们说到五轴机床,就不得不说真假五轴的问题,我们都《练:dōu》知道真假五轴最大的区别在于RTCP功能,然而何谓RTCP,它是怎么产生的又该如何应用?下面我们就结合机床结构和编程后处理来具体了解一下RTCP,了解他的真正面目。
关于RTCP
RTCP,在高档五轴数控系统里,认为RTCP即是Rotated Tool Center Point,也就是我们常说的刀尖点跟随功能。在五轴加工中,追求刀尖点轨迹及刀具与工件间的姿态时,由于回转运动,产生刀尖点的附加运动【练:dòng】。数控系统控制点往往与刀尖点不重合,因此数控系统要自动修正控制点,以保证刀尖点按指令既定轨迹运动。业内也有将此技术称为(繁体:爲)TCPM、TCPC或者RPCP等功能
其实这些称呼的功能定义都与RTCP类似,严格意义上来说,RTCP功能是用在双摆头结构上,是应用摆头旋转中心点来进行补偿。而类似于RPCP功能主要是应用在双转台形式的机床上,补偿的是由(读:yóu)于工件旋转所造成的的直线轴坐标的变化。其《qí》实这些功能殊途同归,都是为了保持刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点不变。所以为了表述方便,本(练:běn)文统一此类技术为RTCP技术
那么RTCP功能是怎么产生的呢?多年以前,在五轴机床刚普及市场的时候,RTCP概念被机床厂家大肆宣传。彼时RTCP功能更像是为技术而技术的【拼音:de】噱头,更多人是对其技术本身的热衷和炒作。其实RTCP功能正好相反,它不光是一项好技术,更是一项能为客户带来效益和创造价值的好技术。拥有RTCP技术的机床(也就是国内所说的真五轴机床),操作工不必把工件精确的和转[繁:轉]台轴心线对齐,随便装夹,机床自动补偿偏移,大大减少辅助时间,同时提高加【jiā】工精度
同时后处理制作简单,只要输出刀尖点坐标和矢量就行了。像我们之前说的那样,在机械结开云体育构上,五轴数控机床主要有双摆头、双转台[繁:颱]、一摆一转等结构。
下文我们(men)将以双转台高档五轴数控系统为例,详细介绍一下RTCP功能。
在五轴机床中定义第四轴和第五轴的概念:在双回转工作台结构中第四轴的转动影响到第五轴的姿态,第五轴的转动无法影响第四轴的姿【zī】态。第五轴为在第四轴上的回转坐标[繁:標]。
好了,看完定义说明我们来解释一下。如上图所示,机床第4轴为[繁体:爲]A轴,第5轴为C轴。工件摆放在C轴转台上。当第4轴A轴旋转时,因为C轴安装在A轴上,所以C轴(zhóu)姿态也会受到影响
同理,对于我们放在转台上面的工件,如(拼音:rú)果我们对刀具中心切削编程的话,转动坐标的变化势必会导致直线轴X、Y、Z坐标的变化,产生一个相对的位移。而为了消除这(繁:這)一段位移,势必机床要对其进行补偿,RTCP就是为了消除这个补偿而产生的功能。
那么机床如何对这(繁体:這)段偏移进行补偿呢?接下[拼音:xià]来我们就来分析一下这段偏移是怎{练:zěn}么产生的。
根据前文,我们都知道是由于旋转坐标的变化导致了直【拼音:zhí】线轴坐标的偏移。那么分析旋转轴的旋转中心就显得尤为重要。对于双转台结构机床,C轴也就是第5轴zhóu 的控制点通常在机床工作台面的回转中心。而第4轴通常选择第四轴轴线的中点作为控制点。
数控系统为了实现五轴控制,需要知道第5轴控制点与第四轴控制点之间的关系。即初始状态(机床A、C轴0位置),第四轴控kòng 制点为原点的第四轴旋转坐标系下,第五轴控制(拼音:zhì)点的位置向量[U,V,W]。同时还需要知道A、C轴轴线之间的距离。对于双转台机床,举例如下图所示。
讲到这里,大家可以看出,对于有RTCP功能的机床[繁:牀],控制系统为保持刀具中心始终在被编程的位置上。在这种情况下,编程是独立的,是与机床运动无关的编程。当您在机床上编程时,不用《练:yòng》担心机床运(繁:運)动和刀具长度,您所需要考虑的只是刀具和工件之间的相对运动。余下的工作控制系统将为您完成。举个例子:
如上图,不带RTCP功能关的情况下,控制系统不考虑刀具长度。刀具围[繁:圍]绕轴的中心旋转。刀尖将移出其(拼音:qí)所在位置,并不再固定。
如上图,带RTCP功能开的情况下,控制系统只改变刀具方向,刀尖位置仍保持不【bù】变。X,Y,Z轴上必要(拼音:yào)的补偿运动已被自动计算进去。
而对于不具备RTCP的五轴机床和数控系统是怎么解决直线轴坐标偏移这个问题呢?我们知道现在国内很多五轴数控机床和系统都属于假五轴,所谓假五(wǔ)轴,其实就是指不带RTCP功能的机床(繁体:牀)。真假五轴,既不是看长相也不是看五个轴是否联动,要知道假五轴也可以做五轴联动。假五轴的区别主要在于其没有真五轴RTCP算法,也就是说假五轴编程需要考虑主轴的摆长及旋转工作台的位置。这就意味着用假五轴数控系统和机床编程时,必须依(yī)靠CAM编程和后处理技术,事先规划好刀路。
同样一个零件,机床换了或者刀具换了,都必须重新进行CAM编程和后处理。并且假五轴机床在装夹工件时需要保证工(pinyin:gōng)件在其工作台回转中心皇冠体育位置,对操作者来说,这意味着需要大量的装夹找正时间,且精度得不到保证。即使是做分度加工,假五轴也麻烦很多。而真五轴只需要设置一个坐标系,只需要一次对刀,就可以完成加工。
假五轴是依靠后处理技术,将机床第四轴和第五wǔ 轴中心位置关系表明,来补偿旋转轴对直(拼音:zhí)线轴坐标的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不仅仅是编程趋近点,更【读:gèng】是包含了X、Y、Z轴上必要的补偿。这样处理的结果不仅会导致{繁体:緻}加工精度不足,效率低下,所生成的程序不具有通用性,所需人力成本也很高。同时由于每台机床的回转参数不同,都要有对应的后处理文件,对于生产也会造成极大的不便
再者假五轴其生成程序无法改动,实现手工五轴编程基本没有[练:yǒu]可能。同时因为没有RTCP功能,其衍生的众多五轴高级功能都无法使用,比如五轴刀补功能等。其实对于五轴机床来说,它只是我们为了实现[繁体:現]加工结果的工具,并无真假之分。重要的是我们的工艺决定了选用什么(繁:麼)方式加工,相对而言,真五轴机床性价比更高
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