在上一期中，我們分析了五軸機(jī)床的創(chuàng)造性?shī)A緊策略，充分發(fā)揮設(shè)備優(yōu)勢(shì)（鏈接：燕尾夾具的升級(jí)，4柱燕尾夾具的長(zhǎng)度）。選擇五軸的原因是它是面對(duì)異形復(fù)雜零件高效、高質(zhì)量加工問(wèn)題的重要手段。

五面加工一次

五軸加工中心較大的特點(diǎn)是一次性?shī)A具可以加工五個(gè)表面。即所謂的加工角度避免。如果是聯(lián)動(dòng)機(jī)床，C軸可無(wú)限旋轉(zhuǎn)，A軸可以旋轉(zhuǎn)130度左右。這些設(shè)備的特點(diǎn)使加工過(guò)程不受干擾。

這樣做的好處是，一次夾具不僅可以完成加工，還可以避免多次夾具造成的重復(fù)定位誤差。同時(shí)，一次夾具也節(jié)省了大量時(shí)間，提高了工作效率。它可以減少?gòu)漠a(chǎn)品到交付的時(shí)間和庫(kù)存。

部分零件唯一的加工方法

目前也是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽車(chē)輪、大型柴油機(jī)曲軸等問(wèn)題的唯一途徑。

RTCP，在高端五軸數(shù)控系統(tǒng)中，RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是我們常說(shuō)的刀尖跟隨功能。

不僅僅是刀尖跟隨

在五軸加工中，在追求刀尖軌跡和刀具與工件之間的姿勢(shì)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生額外的刀尖運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)的控制點(diǎn)通常與刀尖不一致，因此數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)糾正控制點(diǎn)，以確保刀尖按指令移動(dòng)。

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，RTCP功能用于雙擺頭結(jié)構(gòu)，應(yīng)用擺頭旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。RPCP該功能主要用于雙轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)床，以補(bǔ)償工件旋轉(zhuǎn)引起的線軸坐標(biāo)的變化。事實(shí)上，這些功能是相同的，以保持刀具的中心點(diǎn)和刀具與工件表面的實(shí)際接觸點(diǎn)不變。

在雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸上RTCP功能

在雙旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)中，第四軸的旋轉(zhuǎn)影響第五軸的姿態(tài)，第五軸的旋轉(zhuǎn)不影響第四軸的姿態(tài)。第五軸是第四軸上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。

如上圖所示，機(jī)床第四軸為A軸，第五軸為C軸。C軸轉(zhuǎn)臺(tái)上放置工件。當(dāng)?shù)谒妮SA軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，C軸的姿態(tài)也會(huì)受到影響，因?yàn)镃軸安裝在A軸上。同樣，對(duì)于我們放在轉(zhuǎn)盤(pán)上的工件，如果我們切割和編程刀具中心，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化必然會(huì)導(dǎo)致直軸X、Y、Z坐標(biāo)的變化產(chǎn)生相對(duì)位移。為了消除這一位移，機(jī)床必須補(bǔ)償它，RTCP消除補(bǔ)償產(chǎn)生的功能。

那么機(jī)床如何補(bǔ)償這種偏移呢？接下來(lái)，讓我們分析一下這種偏移是如何產(chǎn)生的。

眾所周知，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化會(huì)導(dǎo)致直軸坐標(biāo)的偏移。因此，分析旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心尤為重要。對(duì)于雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)機(jī)床，C第五軸的控制點(diǎn)通常位于機(jī)床工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心。第四軸通常選擇第四軸的中點(diǎn)作為控制點(diǎn)。

真假五軸分

為了實(shí)現(xiàn)五軸控制，數(shù)控系統(tǒng)需要了解第五軸控制點(diǎn)與第四軸控制點(diǎn)的關(guān)系。即初始狀態(tài)(機(jī)床A、C軸0位置)，在原點(diǎn)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]。還需要知道A、C軸線之間的距離。雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床，如下圖所示。

說(shuō)到這里，你可以看到，有RTCP為了保持刀具中心始終處于被編程位置，功能性機(jī)床控制系統(tǒng)。在這種情況下，編程是獨(dú)立的，與機(jī)床運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。在機(jī)床上編程時(shí)，不要擔(dān)心機(jī)床運(yùn)動(dòng)和刀具長(zhǎng)度，只考慮刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

如上圖所示，不帶RTCP在功能關(guān)閉的情況下，控制系統(tǒng)不考慮工具長(zhǎng)度。工具在軸的中心旋轉(zhuǎn)。刀尖將移出其位置，不再固定。

如上圖，帶RTCP當(dāng)功能打開(kāi)時(shí)，控制系統(tǒng)只改變刀具的方向，刀尖位置保持不變。X，Y，Z自動(dòng)計(jì)算軸上必要的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。

我們常熟的假五軸機(jī)床在夾緊工件時(shí)需要確保工件在工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心。對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，這意味著需要大量的夾緊矯正時(shí)間，精度無(wú)法保證。即使是分級(jí)加工，假五軸也要麻煩得多。真正的五軸只需要設(shè)置一個(gè)坐標(biāo)系，只需要一把刀，就可以完成加工。

下圖以NX以后處理編輯器設(shè)置為例，說(shuō)明假五軸坐標(biāo)變換：

如上圖所示，假五軸依靠后處理技術(shù)來(lái)表示機(jī)床第四軸和第五軸的中心位置關(guān)系，以補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)軸對(duì)直軸坐標(biāo)的位移。它產(chǎn)生的CNC程序X、Y、Z不僅是編程的趨近點(diǎn)，還包括X、Y、Z軸上必要的補(bǔ)償。這種處理不僅會(huì)導(dǎo)致加工精度不足，效率低下，而且生成的程序不通用，勞動(dòng)力成本也很高。

本文介紹了車(chē)銑復(fù)合加工件、曲軸試制、差速器殼體改進(jìn)三個(gè)案例：

產(chǎn)品加工時(shí)間有效縮減案例

這是一個(gè)關(guān)于車(chē)銑復(fù)合零件的案例。目前，交貨只能在加工一天內(nèi)完成。根據(jù)原加工方法，加工中心至少需要翻轉(zhuǎn)三次，完成2~3天。

減少曲軸加工時(shí)間

這是關(guān)于曲軸試制工藝的改進(jìn)：大型鋼件屬于定制零件，數(shù)量不多。根據(jù)以往的傳統(tǒng)工藝，從鍛件到成品大約需要兩個(gè)月的時(shí)間。

但使用復(fù)合加工機(jī)只需要一個(gè)就可以成型，最后只需要放在曲軸磨床上完成最后一個(gè)工藝。

回避干涉的接近處理方法

這是一個(gè)加工差速器外殼的案例。以前車(chē)內(nèi)球面的加工方案是使用特殊刀具，需要人工插入刀具，然后拉動(dòng)刀架安裝。

但如果使用五軸，可以直接使用普通刀具，設(shè)備可以自動(dòng)插入，包括夾緊時(shí)間可以減少一半。

事實(shí)上，對(duì)于五軸機(jī)床來(lái)說(shuō)，它只是我們實(shí)現(xiàn)加工結(jié)果的工具。重要的是，我們的過(guò)程決定了如何加工，并使用合適的工具來(lái)完成這個(gè)過(guò)程設(shè)置，以獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。