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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(nèi)數(shù)控技術(shù)的日漸成熟，近年來五軸協(xié)同數(shù)控加工中心在各應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在前述應(yīng)用領(lǐng)域中，每當(dāng)人們碰見異形繁雜零件高效、高產(chǎn)品質(zhì)量加工難題時(shí)，五軸協(xié)同技術(shù)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(shè)備來滿足用戶高工作效率、高產(chǎn)品質(zhì)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(jī)床。五軸機(jī)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(zhuǎn)軸。A、B、C兩軸中的三個(gè)轉(zhuǎn)軸具有不同的體育運(yùn)動(dòng)方式，以滿足用戶各類產(chǎn)品的技術(shù)需求。而在5軸加工中心的機(jī)械設(shè)計(jì)上，機(jī)床制造商始終堅(jiān)持不懈地致力于開發(fā)出新的體育運(yùn)動(dòng)模式，以滿足用戶各種要求。綜合目前市場上各類五軸機(jī)床，雖然其機(jī)械結(jié)構(gòu)方式多種多樣，但是主要有以下三種方式：

　　三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)座標(biāo)直接控制軸線的路徑（雙擺頭方式）

　　三個(gè)座標(biāo)軸在頂部，

　　但是轉(zhuǎn)軸不與直角軸橫向（俯垂型擺羽蛛屬）

　　三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)座標(biāo)直接控制內(nèi)部空間的轉(zhuǎn)動(dòng)（雙庫塞縣方式）

　　三個(gè)座標(biāo)軸在滾珠軸承上，

　　但是轉(zhuǎn)軸不與直角軸橫向（俯垂型滾珠軸承式）

　　三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)座標(biāo)兩個(gè)作用在上，

　　兩個(gè)作用在鉆孔上（一擺一轉(zhuǎn)方式）

　　*術(shù)語：如果轉(zhuǎn)軸不與直角軸相橫向，則被認(rèn)為是一根“俯垂型”軸。

看過這些結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床，我相信他們應(yīng)該明白了五軸機(jī)床什么在體育運(yùn)動(dòng)，怎樣體育運(yùn)動(dòng)。可是，這么多樣化的機(jī)床結(jié)構(gòu)，在加工時(shí)究竟能展現(xiàn)出哪些特點(diǎn)呢？與現(xiàn)代的兩軸機(jī)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(jī)床有哪些發(fā)光點(diǎn)。

　　5軸機(jī)床的特點(diǎn)

　　說起五軸機(jī)床的特點(diǎn)，就要和現(xiàn)代的兩軸設(shè)備來比較。制造中兩軸加工設(shè)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(cè)刃加工。護(hù)耳刀的仿形加工等等。但無論哪種方式和方法都有著兩個(gè)共同的特點(diǎn)，就是在加工操作過程雙肋軸路徑始終保持不變，機(jī)床只能通過X、Y、Z三個(gè)線性軸的插補(bǔ)來實(shí)現(xiàn)在內(nèi)部空間直角座標(biāo)系中的體育運(yùn)動(dòng)。所以，在面對下面這些產(chǎn)品時(shí)，兩軸機(jī)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(shù)控加工設(shè)備較之，五協(xié)同數(shù)控機(jī)床有以下缺點(diǎn)：

　　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(dāng)研磨向頂部或鉆孔邊緣移動(dòng)時(shí)，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(zhuǎn)動(dòng)滾珠軸承。而如果他們要完備加工兩個(gè)不規(guī)則平面，就必須將滾珠軸承以不同路徑轉(zhuǎn)動(dòng)多次。能看見，五軸機(jī)床還能防止護(hù)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(yù)

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

　　3. 增加裝夾次數(shù)，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(zhǔn)轉(zhuǎn)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(shí)五軸加工中心由于操作過程鏈的延長和設(shè)備數(shù)目的增加，T5800夾具數(shù)目、車間占地面積和設(shè)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(chǎn)品質(zhì)量的加工！

　　4. 提高加工產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率

　　如圖，五軸機(jī)床能采用側(cè)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(shù)控機(jī)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(jì)劃調(diào)度精簡。鉆孔越繁雜，它相對現(xiàn)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(chǎn)品研發(fā)周期性

　　對于航空中國航天、汽車等應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域的企業(yè)，有的新產(chǎn)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(shù)控加工中心能很好地解決新產(chǎn)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(chǎn)品的成功率。

綜上所述，五軸機(jī)床實(shí)在是有太多太多缺點(diǎn)，但是五軸機(jī)床陀螺儀，數(shù)控系統(tǒng)，CAM編程和后處理都要比兩軸機(jī)床繁雜的多！同時(shí)，他們說到五軸機(jī)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(chǎn)生的又該如何應(yīng)用領(lǐng)域？下面他們就結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)和編程后處理來具體了解一下RTCP，了解他的或者說面目。

　　關(guān)于RTCP

RTCP，在高檔五軸數(shù)控系統(tǒng)里，認(rèn)為RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是他們常說的刀尖點(diǎn)跟隨功能。在五軸加工中，追求刀尖點(diǎn)軌跡及與鉆孔間的姿態(tài)時(shí)，由于回轉(zhuǎn)體育運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生刀尖點(diǎn)的附加體育運(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)按指令既定軌跡體育運(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)用領(lǐng)域擺頭轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)來進(jìn)行補(bǔ)償。而類似于RPCP功能主要是應(yīng)用領(lǐng)域在雙庫塞縣方式的機(jī)床上，補(bǔ)償?shù)氖怯捎阢@孔轉(zhuǎn)動(dòng)所造成的的直角軸座標(biāo)的變化。其實(shí)這些功能殊途同歸，都是為了保持中心點(diǎn)和與鉆孔表面的前述接觸點(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)。

那么RTCP功能是怎么產(chǎn)生的呢？多年以前，在五軸機(jī)床剛普及市場的時(shí)候，RTCP概念被機(jī)床廠家大肆宣傳。彼時(shí)RTCP功能更像是為技術(shù)而技術(shù)的噱頭，更多人是對其技術(shù)本身的熱衷和炒作。其實(shí)RTCP功能正好相反，它不光是一項(xiàng)好技術(shù)，更是一項(xiàng)能為客戶帶來效益和創(chuàng)造價(jià)值的好技術(shù)。擁有RTCP技術(shù)的機(jī)床（也就是國內(nèi)所說的真五軸機(jī)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(jī)床自動(dòng)補(bǔ)償偏移，大大增加輔助時(shí)間，同時(shí)提高加工精度。同時(shí)后處理制作簡單，只要輸出刀尖點(diǎn)座標(biāo)和矢量就行了。像他們之前說的那樣，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，五軸數(shù)控機(jī)床主要有雙擺頭、雙庫塞縣、一擺一轉(zhuǎn)等結(jié)構(gòu)。

　　下文他們將以雙庫塞縣高檔五軸數(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)滾珠軸承結(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)難以影響第四軸的姿態(tài)。第五軸為在第四軸上的回轉(zhuǎn)座標(biāo)。

好了，看完定義說明他們來解釋一下。示意圖所示，機(jī)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(dāng)?shù)?軸A軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)座標(biāo)的變化勢必會(huì)導(dǎo)致直角軸X、Y、Z座標(biāo)的變化，產(chǎn)生兩個(gè)相對的位移。而為了消除這一段位移，勢必機(jī)床要對其進(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)床如何對這段偏移進(jìn)行補(bǔ)償呢？接下來他們就來分析一下這段偏移是怎么產(chǎn)生的。

　　根據(jù)前文，他們都知道是由于轉(zhuǎn)動(dòng)座標(biāo)的變化導(dǎo)致了直角軸座標(biāo)的偏移。那么分析轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心就顯得尤為重要。對于雙庫塞縣結(jié)構(gòu)機(jī)床，C軸也就是第5軸的控制點(diǎn)通常在機(jī)床滾珠軸承面的回轉(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。即初始狀況（機(jī)床A、C軸0位置），第四軸控制點(diǎn)為原點(diǎn)的第四軸轉(zhuǎn)動(dòng)座標(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。對于雙庫塞縣機(jī)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(jī)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(dú)立的，是與機(jī)床體育運(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)床體育運(yùn)動(dòng)和長度，您所需要考慮的只是和鉆孔之間的相對體育運(yùn)動(dòng)。余下的工作控制系統(tǒng)將為您完成。舉個(gè)例子：

　　示意圖，不帶RTCP功能關(guān)的情況下，控制系統(tǒng)不考慮長度。圍繞軸的中心轉(zhuǎn)動(dòng)。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(bǔ)償體育運(yùn)動(dòng)已被自動(dòng)計(jì)算進(jìn)去。

　　而對于不具備RTCP的五軸機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)是怎么解決直角軸座標(biāo)偏移這個(gè)問題呢？他們知道現(xiàn)在國內(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，既不是看長相也不是看五個(gè)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(zhuǎn)動(dòng)滾珠軸承的位置。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。

同樣兩個(gè)零件，機(jī)床換了或者換了，都必須重新進(jìn)行CAM編程和后處理。并且假五軸機(jī)床在裝夾鉆孔時(shí)需要保證鉆孔在其滾珠軸承回轉(zhuǎn)中心位置，對操來說，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)置兩個(gè)座標(biāo)系，只需要一次對刀，就能完成加工。

　　下圖以NX后處理器設(shè)置為例，說明假五軸的座標(biāo)變換

示意圖，假五軸是依靠后處理技術(shù)，將機(jī)床第四軸和第五軸中心位置關(guān)系表明，來補(bǔ)償轉(zhuǎn)軸對直角軸座標(biāo)的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不僅僅是編程趨近點(diǎn)，更是包含了X、Y、Z軸上必要的補(bǔ)償。這樣處理的結(jié)果不僅會(huì)導(dǎo)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(shí)由于每臺(tái)機(jī)床的回轉(zhuǎn)參數(shù)不同，都要有對應(yīng)的后處理文件，對于制造也會(huì)造成極大的不便。再者假五軸其生成程序難以改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手工五軸編程基本沒有可能。同時(shí)因?yàn)闆]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(bǔ)功能等。其實(shí)對于五軸機(jī)床來說，它只是他們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)加工結(jié)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(jī)床性價(jià)比更高。

　　審核(王靜)

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