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　　該文說你什么是或者說的五軸加工

　　2017/4/17 11:03:06

　　隨著國內數控技術的日漸成熟，近年來五軸協(xié)同數控加工中心在各應用領域領域得到了愈來愈廣泛的應用領域。在前述應用領域中，每當人們碰見異形繁雜零件高效、高產品質量加工難題時，五軸協(xié)同技術無疑是解決這類問題的重要手段。愈來愈多的廠家傾向于尋找五軸設備來滿足用戶高工作效率、高產品質量的加工。但是，你真的足夠了解五軸加工嗎？

　　五軸加工

想要或者說的了解五軸加工，首先他們要做的是要讀懂什么是五軸機床。五軸機床（5 Axis Machining），顧名思義，是指在X、Y、Z，三根常用的直角軸上加上兩根轉軸。A、B、C兩軸中的三個轉軸具有不同的體育運動方式，以滿足用戶各類產品的技術需求。而在5軸加工中心的機械設計上，機床制造商始終堅持不懈地致力于開發(fā)出新的體育運動模式，以滿足用戶各種要求。綜合目前市場上各類五軸機床，雖然其機械結構方式多種多樣，但是主要有以下三種方式：

　　三個轉動座標直接控制軸線的路徑（雙擺頭方式）

　　三個座標軸在頂部，

　　但是轉軸不與直角軸橫向（俯垂型擺羽蛛屬）

　　三個轉動座標直接控制內部空間的轉動（雙庫塞縣方式）

　　三個座標軸在滾珠軸承上，

　　但是轉軸不與直角軸橫向（俯垂型滾珠軸承式）

　　三個轉動座標兩個作用在上，

　　兩個作用在鉆孔上（一擺一轉方式）

　　*術語：如果轉軸不與直角軸相橫向，則被認為是一根“俯垂型”軸。

看過這些結構的五軸機床，我相信他們應該明白了五軸機床什么在體育運動，怎樣體育運動。可是，這么多樣化的機床結構，在加工時究竟能展現出哪些特點呢？與現代的兩軸機床較之，又有哪些競爭優(yōu)勢呢？接下來就讓他們來看看五軸機床有哪些發(fā)光點。

　　5軸機床的特點

　　說起五軸機床的特點，就要和現代的兩軸設備來比較。制造中兩軸加工設備比較常用，有立式、臥式及龍門等三種方式。常用的加工方法有立車床端刃加工、側刃加工。護耳刀的仿形加工等等。但無論哪種方式和方法都有著兩個共同的特點，就是在加工操作過程雙肋軸路徑始終保持不變，機床只能通過X、Y、Z三個線性軸的插補來實現在內部空間直角座標系中的體育運動。所以，在面對下面這些產品時，兩軸機床工作效率低、加工耐酸性差甚至難以加工的弊端就暴露出來了。

與兩軸數控加工設備較之，五協(xié)同數控機床有以下缺點：

　　1. 保持最差研磨狀況，改善研磨條件

　　示意圖，在右圖中兩軸研磨方式，當研磨向頂部或鉆孔邊緣移動時，研磨狀況逐漸變差。而要在此處也保持最差研磨狀況，就需要轉動滾珠軸承。而如果他們要完備加工兩個不規(guī)則平面，就必須將滾珠軸承以不同路徑轉動多次。能看見，五軸機床還能防止護耳車床中心單位向量速德博瓦桑縣0的情況，獲得更好的耐酸性。

　　2. 有效防止干預

示意圖，針對航空中國航天應用領域領域內應用領域的扇葉、葉片和整體葉盤等零件，兩軸設備由于干預原因難以滿足用戶工藝要求。而五軸機床就能滿足用戶。同時五軸機床還能使用更短的進行加工，提升系統(tǒng)剛性，增加的數目，防止了專用的產生。對于他們的企業(yè)老板來說，意味在成本方面，五軸機床將會給您省錢了！

　　3. 增加裝夾次數，一次裝夾完成六面加工

　　示意圖能看出五軸加工中心還能增加基準轉換，提高加工精度。在前述加工中，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操作過程鏈的延長和設備數目的增加，T5800夾具數目、車間占地面積和設備管理成本也隨之增加。這意味著您能用更少的夾具，更少的廠房面積和管理成本，來完成更高效更高產品質量的加工！

　　4. 提高加工產品質量和工作效率

　　如圖，五軸機床能采用側刃研磨，加工工作效率更高。

　　5. 延長制造操作過程鏈，精簡制造管理

五軸數控機床的完備加工大大延長了制造操作過程鏈，能使制造管理和計劃調度精簡。鉆孔越繁雜，它相對現代工序分散的制造方法的競爭優(yōu)勢就越明顯。

　　6. 延長新產品研發(fā)周期性

　　對于航空中國航天、汽車等應用領域領域的企業(yè)，有的新產品零件及成型模具形狀很繁雜，精度要求也很高，因此具備高柔性、高精度、高X35和完備加工能力的五軸數控加工中心能很好地解決新產品研發(fā)操作過程中繁雜零件加工的精度和周期性問題，大大延長研發(fā)周期性和提高新產品的成功率。

綜上所述，五軸機床實在是有太多太多缺點，但是五軸機床陀螺儀，數控系統(tǒng)，CAM編程和后處理都要比兩軸機床繁雜的多！同時，他們說到五軸機床，就不得不說真假五軸的問題，他們都知道真假五軸最大的區(qū)別在于RTCP功能，然而何謂RTCP，它是怎么產生的又該如何應用領域？下面他們就結合機床結構和編程后處理來具體了解一下RTCP，了解他的或者說面目。

　　關于RTCP

RTCP，在高檔五軸數控系統(tǒng)里，認為RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是他們常說的刀尖點跟隨功能。在五軸加工中，追求刀尖點軌跡及與鉆孔間的姿態(tài)時，由于回轉體育運動，產生刀尖點的附加體育運動。數控系統(tǒng)控制點往往與刀尖點不重合，因此數控系統(tǒng)要自動修正控制點，以保證刀尖點按指令既定軌跡體育運動。業(yè)內也有將此技術稱為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構上，是應用領域擺頭轉動中心點來進行補償。而類似于RPCP功能主要是應用領域在雙庫塞縣方式的機床上，補償的是由于鉆孔轉動所造成的的直角軸座標的變化。其實這些功能殊途同歸，都是為了保持中心點和與鉆孔表面的前述接觸點不變。所以為了表述方便，本文統(tǒng)一此類技術為RTCP技術。

那么RTCP功能是怎么產生的呢？多年以前，在五軸機床剛普及市場的時候，RTCP概念被機床廠家大肆宣傳。彼時RTCP功能更像是為技術而技術的噱頭，更多人是對其技術本身的熱衷和炒作。其實RTCP功能正好相反，它不光是一項好技術，更是一項能為客戶帶來效益和創(chuàng)造價值的好技術。擁有RTCP技術的機床（也就是國內所說的真五軸機床），操作工不必把鉆孔精確的和庫塞縣軸心線對齊，隨便裝夾，機床自動補償偏移，大大增加輔助時間，同時提高加工精度。同時后處理制作簡單，只要輸出刀尖點座標和矢量就行了。像他們之前說的那樣，在機械結構上，五軸數控機床主要有雙擺頭、雙庫塞縣、一擺一轉等結構。

　　下文他們將以雙庫塞縣高檔五軸數控系統(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：在雙回轉滾珠軸承結構中第四軸的轉動影響到第五軸的姿態(tài)，第五軸的轉動難以影響第四軸的姿態(tài)。第五軸為在第四軸上的回轉座標。

好了，看完定義說明他們來解釋一下。示意圖所示，機床第4軸為A軸，第5軸為C軸。鉆孔擺放在C軸庫塞縣上。當第4軸A軸轉動時，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，對于他們放在庫塞縣上面的鉆孔，如果他們對中心研磨編程的話，轉動座標的變化勢必會導致直角軸X、Y、Z座標的變化，產生兩個相對的位移。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生的功能。

　　那么機床如何對這段偏移進行補償呢？接下來他們就來分析一下這段偏移是怎么產生的。

　　根據前文，他們都知道是由于轉動座標的變化導致了直角軸座標的偏移。那么分析轉軸的轉動中心就顯得尤為重要。對于雙庫塞縣結構機床，C軸也就是第5軸的控制點通常在機床滾珠軸承面的回轉中心。而第4軸通常選擇第四軸軸線的中點作為控制點。

數控系統(tǒng)為了實現五軸控制，需要知道第5軸控制點與第四軸控制點之間的關系。即初始狀況（機床A、C軸0位置），第四軸控制點為原點的第四軸轉動座標系下，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。對于雙庫塞縣機床，舉例如下圖所示。

　　講到這里，大家能看出，對于有RTCP功能的機床，控制系統(tǒng)為保持中心始終在被編程的位置上。在這種情況下，編程是獨立的，是與機床體育運動無關的編程。當您在機床上編程時，不用擔心機床體育運動和長度，您所需要考慮的只是和鉆孔之間的相對體育運動。余下的工作控制系統(tǒng)將為您完成。舉個例子：

　　示意圖，不帶RTCP功能關的情況下，控制系統(tǒng)不考慮長度。圍繞軸的中心轉動。刀尖將移出其所在位置，并不再固定。

示意圖，帶RTCP功能開的情況下，控制系統(tǒng)只改變路徑，刀尖位置仍保持不變。X，Y，Z軸上必要的補償體育運動已被自動計算進去。

　　而對于不具備RTCP的五軸機床和數控系統(tǒng)是怎么解決直角軸座標偏移這個問題呢？他們知道現在國內很多五軸數控機床和系統(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協(xié)同，要知道假五軸也能做五軸協(xié)同。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轉動滾珠軸承的位置。這就意味著用假五軸數控系統(tǒng)和機床編程時，必須依靠CAM編程和后處理技術，事先規(guī)劃好刀路。

同樣兩個零件，機床換了或者換了，都必須重新進行CAM編程和后處理。并且假五軸機床在裝夾鉆孔時需要保證鉆孔在其滾珠軸承回轉中心位置，對操來說，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兩個座標系，只需要一次對刀，就能完成加工。

　　下圖以NX后處理器設置為例，說明假五軸的座標變換

示意圖，假五軸是依靠后處理技術，將機床第四軸和第五軸中心位置關系表明，來補償轉軸對直角軸座標的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不僅僅是編程趨近點，更是包含了X、Y、Z軸上必要的補償。這樣處理的結果不僅會導致加工精度不足，工作效率低下，所生成的程序不具有通用性，所需人力成本也很高。同時由于每臺機床的回轉參數不同，都要有對應的后處理文件，對于制造也會造成極大的不便。再者假五軸其生成程序難以改動，實現手工五軸編程基本沒有可能。同時因為沒有RTCP功能，其衍生的眾多五軸高級功能都難以使用，比如五軸刀補功能等。其實對于五軸機床來說，它只是他們?yōu)榱藢崿F加工結果的工具，并無真假之分。重要的是他們的工藝決定了選用什么方式加工，相對而言，真五軸機床性價比更高。

　　審核(王靜)

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