五轴数控铣削非rcp编程的应用

五轴数控铣削非rcp编程的应用

由于旋转轴的调整，五轴机枪的实际坐标控制变得更加复杂。对于不具备自动旋转轴功能的机枪，必须根据所使用的机枪结构和资源参数进行计算，并编制非rtp程序。这个程序不是适用性的。现代五轴机床系统开发了支持刀具中心点控制(RotationToolCentrePoint,RTCP)的旋转轴刀长自动补偿功能,使得编程者依然能如三轴编程那样编制出相对通用的RTCP程序,其程序与机床结构参数无关,且工件的装夹位置更灵活,复杂计算由机床系统完成。作者将就RTCP与非RTCP编程方法进行解析,期望对增进编程者深入掌控五轴加工编程技术有所裨益。1五轴机的rp补偿功能和编程控制方法1.1旋转轴心插补轨迹的调整如图1所示的双摆头五轴机床其刀位点(刀具中心或刀尖)和旋转主轴头的中心有一个距离,这个距离称为枢轴中心距或摆长。由于这个距离的存在,导致产生这样一个问题:即如果对刀位点编程的话,由于旋转轴的转动将导致直线轴坐标的平移变化,因而刀尖会产生一个额外的位移。当不使用RTCP功能时,若进行直线插补的同时伴有旋转轴运动,其刀心轨迹就会偏离预定的插补直线。要以传统插补方式铣削一条不含旋转轴角度变化的直线,只要整个枢轴保持主轴刀具与Z轴方向一致做平行于轨迹直线的运动即可,但若同时含有旋转轴角度的改变,在控制枢轴仍做平行于轨迹直线运动的状态下,由于刀轴有绕旋转轴心的偏摆,刀尖会随之出现高低起落的弧形运动,则刀尖轨迹将不再是一条直线而是一条曲线。为了确保刀尖轨迹为一条直线,就必须对该曲线进行补偿,应根据刀尖点到旋转轴心的刀具摆长关系,对所有插补点进行旋转轴角度和旋转轴心点三轴坐标位置的计算,得出枢轴控制点(旋转轴心)的插补轨迹(曲线),然后按此计算结果调整控制枢轴的运动,方可保证刀尖轨迹为指定的直线,这就是通常意义上的刀具中心点RTCP控制功能。对于以工件旋转实现五轴加工的双摆台五轴机床,这种补偿功能则称之为RPCP(RotationaroundPartCenterPoint),即基于工件旋转中心的编程1.2轴结构模式下五轴几何互换五轴RTCP补偿功能的实现,既可通过预补偿计算编制出非RTCP的程序进行控制,也可直接编制RTCP程序后由机床控制系统进行实时补偿控制。非RTCP程序适用于早期不具备RTCP功能的机床,编程者需预先根据机床五轴结构模式并严格按现场工件装夹后所测定的实际结构数据(如摆头式机床的刀具摆长、摆台式机床的轴间偏置等)进行几何换算,得出各控制节点处刀位点的各线性轴及旋转轴坐标变化并由此编写程序;而RTCP程序则适用于系统具有RTCP补偿功能的机床,编程者对其X、Y、Z节点坐标直接按AC零度方位时如传统三轴位置那样计算编程即可,通过程序中启用RTCP功能的指令,由系统根据机床结构模式及特征参数,控制被加工曲线在空间的轨迹,以保持刀具刀位点始终在被编程的X、Y、Z坐标位置上,其旋转轴改变可能导致刀位点相对工件的三轴线性位移将被系统转换成刀轴旋转中心的X、Y、Z位移变化,即自动对旋转轴进行补偿控制。2孔位加工案例为方便理解,在此仅以简单五轴点位加工为案例进行解析。如图2所示箱体零件3个孔位的点钻加工,以工件底面中心为工件坐标系原点,分别使用双摆头、双摆台五轴机床,先后对φ50mm的孔、φ20mm的孔和φ18mm的孔实施深2mm点中心加工的编程。2.1非rtcp编程的实现如图3所示,若拟用AC双摆头机床的刀尖点到枢轴中心间摆长为300mm,以ue78850mm孔置于+X方位的夹压放置,采用人工预补偿计算非RTCP程序编制方式,则各点位需按图4所示几何关系进行计算。因其计算过程比较复杂就不在此赘述,在此仅给出点中心时的节点坐标2.2非rtcp编程的仿真如图5所示,若拟用的双摆台机床AC轴线间的Y向偏置为165mm,工件下表面中心到A轴线的Z向高度为125mm,采用与前述相同的装夹方位及工艺顺序,进行人工预补偿计算的非RTCP编程,则各点位分别需按图5所示几何关系进行计算。具体计算方法不在此赘述,仅按图中给出的点中心节点坐标结果3实现2mm深点钻加工若使用机床的RTCP功能,可对其XYZ节点坐标直接按AC零度方位时如传统三轴位置那样计算编程。若通过CAD测算出三轴下各节点位置数据如图6所示,则按同样装夹方位及工艺顺序,对上例所述3孔做2mm深点钻加工时,可编制其RTCP程序如下:RTCP模式的程序本身与机床结构模式及结构特征参数无关,但必须在程序中合适位置加入启用和取消RTCP功能的指令。其机床结构模式及结构特征参数仍需预先测定后在系统参数中设置好,以供系统启用RTCP功能后读入,然后据此进行实时计算,但这只需进行一次性标定操作即可,并不需要每更换一类工件都重新采集。4机床编程控制要点根据以上两种不同模式的计算编程不难看出:非RTCP编程模式需要进行比较复杂的几何计算,而且随机床结构模式及其结构特征参数的不同,其节点坐标数据将不同,要求编程者具有较为明晰的空间几何解析能力;且对于不具备RTCP功能的机床而言,五轴加工编程时必须并确保机床上实际工件零点与编程零点的位置关系不再变动。这种非RTCP的程序不具通用性,因程序数据与机床结构模式、结构数据及装夹位置密切相关,若有变动必须再次计算后重新编程。而RTCP模式的计算编程相对简单,编程者只需对其XYZ节点坐标直接按AC零度方位时如传统三轴位置那样计算编程即可,因旋转轴加入而引起刀位点坐标数据的变化将由系统根据机床结构模式及特征参数自动进行补偿计算。RTCP功能使得编程像三轴加工一样便利,既不需预先考虑机床的结构模式及结构特征参数,且其工件在机床上的安装位置也可以更灵活,只要通过对刀设置好工件零点,其工件零点与旋转轴心间的偏置关系即可由系统自动实现计算处